[发明专利]一种含有机锰盐的水系电解液及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种含有机锰盐的水系电解液及其制备方法与应用，涉及水系锌锰电池技术领域，所述水系电解液中包含锌盐和有机锰盐；本发明通过设计与正极、负极直接接触的电解液，同时解决了负极和正极的衰减问题，最大程度地提升了水系锌锰电池的稳定性，达到提高锌锰电池可逆性的目标；通过引入有机锰盐作为添加剂，实现一种无机/有机复合电解液的制备，该电解液保持了原有水系电解液的高安全性，引入的有机盐具有环境友好以及成本低等优点，适于批量化、规模化的电池制备和生产。

技术领域：

本发明涉及水系锌锰电池技术领域，具体涉及一种含有机锰盐的水系电解液及其制备方法与应用。

背景技术：

能源是人类社会生存和发展的力量之源。工业革命以来，传统化石能源的过度开采与使用也带来了严重的环境和气候问题，这使得人类的可持续发展面临严重的挑战。在这样的背景下，电化学储能技术由于其好的环境适应能力、投资少和使用灵活等特性快速普及，以锂离子电池为代表的电化学储能近年来得到了广泛应用。然而，有限的锂资源储量，苛刻的组装条件，易燃有机电解液带来的易燃易爆等安全问题限制了其进一步发展，所以新型电化学储能体系的研发迫在眉睫。

相比于基于有机电解液的锂离子电池，水系可充电电池具有能量密度高、安全性高、环境友好且价格低廉的优点，在大规模储能领域具有非常广泛的应用前景。特别是基于二氧化锰正极、锌盐中性水溶液电解液和金属锌负极的水系电池，锌锰原材料丰富，安全无污染以及成本低，并且具有与锂电池相当的理论能量密度(446Wh/kg)，水系可充电锌锰电池被视为下一代理想的储能电池体系。若能通过有效手段获得可媲美甚至是超过铅酸电池的能量密度和循环稳定性，水系可充电锌锰电池在大规模储能领域，甚至是其它细分市场领域都将得到广泛应用。

尽管水系可充电锌锰电池在实验室范围内的电化学性能已经得到了提升，但是锌负极在电解液体系中腐蚀、钝化以及枝晶生长非常严重，需要锌过量才能保证电池循环，这会大大降低全电池的能量密度，不能实际应用。而且二氧化锰正极在该电解液体系中存在溶解现象，所以在长时间放电过程中衰减严重，难以满足不同应用场景的要求。

目前限制这类电池的原因不仅在于锌负极存在的问题(发生腐蚀和枝晶等副反应)，而且与正极密切相关(正极二氧化锰在循环过程中发生溶解，造成衰减)。所以，从根本上同时解决正负极的问题具有重要意义。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种含有机锰盐的水系锌锰电池电解液，以去离子水为溶剂，添加含锰的有机盐，既能抑制正极二氧化锰的溶解，又能解决负极出现的腐蚀和枝晶等问题；且该电解液制作简单，在室内常温下即可制备，使用原料简单，价格低廉，环境友好，适合商业化大规模的生产及运用。

本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：

本发明的目的之一是提供一种含有机锰盐的水系电解液，所述水系电解液中包含锌盐和有机锰盐。

本发明的目的之二是提供一种前述的水系电解液的制备方法，将锌盐和有机锰盐混合溶解在溶剂中，搅拌至溶液澄清，得到水系电解液。

本发明的目的之三是提供前述的水系电解液在水系锌锰电池中的应用。

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过设计与正极、负极直接接触的电解液，同时解决了负极和正极的衰减问题，最大程度地提升了目前水系锌锰电池的稳定性，达到提高锌锰电池可逆性的目标；通过引入有机锰盐作为添加剂，实现一种无机/有机复合电解液的制备，该电解液保持了原有水系电解液的高安全性，引入的有机盐具有环境友好以及成本低等优点，适于批量化、规模化的电池制备和生产；并且本发明提供的电解液制备方法简单、安全、高效以及有利于水系锌锰电池的生产。