[发明专利]一种锌离子电池电解液添加剂和电解液

说明书

本发明提供一种锌离子电池电解液添加剂和电解液，属于新能源材料与电化学领域，具体方案如下：所述添加剂包括N,N‑二甲基硫代甲酰胺丙烷磺酸钠，其分子式如式Ⅰ所示：

技术领域

本发明属于新能源材料与电化学领域，具体涉及一种锌离子电池电解液添加剂和电解液。

背景技术

锂离子电池在手机、电动汽车等领域得到了广泛的应用，是目前能源领域的应用热点之一。但是，锂离子电池的大量应用受限于地球上锂资源不足的约束，最近，碳酸锂价格已由原来的4.2万元/吨涨价至52万元/吨；同时，锂离子电池由于使用有机电解液，存在易燃易爆等使用风险，因此，锂离子电池在安全性和成本要求更高的储能领域的应用受到限制。水系锌离子电池以金属锌为负极，由于锌具有高丰度、高水环境耐受性、高理论质量比容量(820mAh g^-1)、低氧化还原电位(-0.76V vs.SHE)等优势，被视为锂离子电池的可替代电池体系优先选择方向。

锌离子电池一般采用廉价的锌箔作负极，电解液用弱酸性的硫酸锌加硫酸锰。但是，在循环过程中锌负极容易形成锌枝晶，枝晶的形成造成了局部电流密度增大，加速了水系电池中氢气析出的速度，析氢加速又会导致局部pH的变化从而形成副产物碱式硫酸锌，而碱式硫酸锌在锌负极表面积累又加剧了表面不均匀，增大了极化，极化增大又会加剧锌枝晶的生长。因此枝晶问题、析氢问题和副反应等问题相互影响、相互加剧，这种恶性循环导致锌负极沉积/剥离的效率极低，也不利于其商业化和广泛应用。科研人员针对锌负极沉积/剥离过程可逆性差的问题提出设计三维金属负极、人工SEI膜及使用高浓度电解液等措施，都有效的提高了锌负极的循环可逆性。但是，仍然存在成本高、处理复杂、不适合商业推广等问题。

发明内容

针对现有锌离子电池锌负极存在的枝晶、氢气析出和负产物的问题，本发明不采用人工SEI膜或者采用高浓度电解液等一些昂贵的措施，使用廉价的N,N-二甲基硫代甲酰胺丙烷磺酸钠(DPS)作为电解液添加剂，直接添加到电解液上，即避免了枝晶的产生，也避免了氢气的产生和负产物的生成，使用锌箔作负极，在1mA·cm^-2放电，循环次数可以从70圈提高到2000圈。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种锌离子电池电解液添加剂，所述添加剂包括N,N-二甲基硫代甲酰胺丙烷磺酸钠，其分子式如式Ⅰ所示：

进一步的，电解液中N,N-二甲基硫代甲酰胺丙烷磺酸钠的浓度为2.0×10^-4g·L^-1-2.0×10^-1g·L^-1。

一种锌离子电池电解液，所述的电解液添加剂。

进一步的，所述电解液还包括ZnSO₄和MnSO₄。

进一步的，所述ZnSO₄的浓度为2M，所述MnSO₄的浓度为0.5M。

使用上述电解液装配电池的步骤如下：

步骤一：制备二氧化锰正极材料；

步骤二：制备负极极片；

步骤三：配置电解液，以2M ZnSO₄+0.5M MnSO₄为基础，添加电解液添加剂N,N-二甲基硫代甲酰胺丙烷磺酸钠，进行搅拌；

步骤四：按照正极壳、正极片、隔膜、电解液、负极片、垫片、弹片、负极壳的顺序组装，用压片机将电池压实，进行后续测试。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明原料廉价、无污染。