本發(fā)明屬于鋅離子電池，具體涉及一種低溫鋅離子電池雙共晶電解液及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著社會的不斷進(jìn)步，能源領(lǐng)域的發(fā)展逐漸走進(jìn)人們的視野。為了應(yīng)對能源危機(jī)和氣候問題，清潔的可再生能源應(yīng)運(yùn)而生。然而，由于這類清潔能源的供給具有間歇性和波動性的特點(diǎn)，限制了它的進(jìn)一步運(yùn)用。為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的能源供給，亟需大規(guī)模儲能裝置充當(dāng)能量儲存的“橋梁”。目前，具有高能量密度和長循環(huán)壽命的鋰離子電池是商業(yè)應(yīng)用的主流，但是鋰離子電池存在制造成本高、安全性差、鋰金屬匱乏的問題，無法應(yīng)用于大規(guī)模儲能。鋅離子電池因其具有高理論比容量、鋅豐度高、本征安全性高的突出優(yōu)勢，成為當(dāng)下最有應(yīng)用前景的儲能系統(tǒng)之一。

2、盡管鋅離子電池在大規(guī)模儲能方面具有突出優(yōu)勢，循環(huán)過程中的枝晶生長、腐蝕鈍化、析氫反應(yīng)(her)等挑戰(zhàn)阻礙著鋅離子電池從實(shí)驗(yàn)室走向商業(yè)化應(yīng)用。而電解液作為電池的一部分，在電化學(xué)過程中起著至關(guān)重要的作用。對于常規(guī)的水系電解液而言，鋅離子的內(nèi)外溶劑化殼由活性水分子組成，在鋅離子的脫溶過程中容易引發(fā)水致副反應(yīng)，如腐蝕和析氫反應(yīng)等，同時水分子在零度以下容易發(fā)生凍結(jié)，導(dǎo)致低溫下電池使用故障。共晶電解液由于兼具安全性高、寬溫度窗口、寬電化學(xué)窗口等優(yōu)良特性成為鋅離子電池的潛在電解液。然而，僅由鋅鹽和配體組成的無水共晶電解液具有高粘度、低離子電導(dǎo)率的缺點(diǎn)，阻礙了鋅離子的遷移導(dǎo)致緩慢的鋅沉積和嚴(yán)重的極化，無法適應(yīng)高電流密度下的充放電測試。而水合共晶電解液雖然改善了離子遷移遲滯問題，但是重新引入了系列腐蝕問題，限制該電解質(zhì)的進(jìn)一步應(yīng)用。

3、因此，開發(fā)一種既能促進(jìn)離子遷移又能減輕腐蝕的共晶電解液對鋅離子電池的發(fā)展具有重大的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種低溫鋅離子電池雙共晶電解液及其制備方法和應(yīng)用。

2、本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一種低溫鋅離子電池雙共晶電解液的制備方法，包括如下步驟：

4、s1、將鋅鹽、乙酰胺和水按比例混合，加熱攪拌，混合均勻后，得到水合共晶電解液；其中，所述鋅鹽、乙酰胺和水的摩爾比為1:(3～6):(2.5～26)，水作為氫鍵供體；

5、s2、將二甲基亞砜與水合共晶電解液混合，加熱攪拌，混合均勻后，得到低溫鋅離子電池雙共晶電解液；其中，所述二甲基亞砜和步驟s1中水的摩爾比為(2.5～26):2，二甲基亞砜作為氫鍵受體。

6、優(yōu)選地，步驟s1中所述鋅鹽為氯化鋅、六水合高氯酸鋅、三氟甲烷磺酸鋅或雙三氟甲基磺酰亞胺鋅中的一種。

7、優(yōu)選地，步驟s2中所述低溫鋅離子電池雙共晶電解液中鋅鹽的濃度為1～5mol/l。

8、優(yōu)選地，步驟s1中加熱的溫度為70～80℃，攪拌的速度為300～400rmp，混合的時間為2～3h。

9、優(yōu)選地，步驟s2中加熱的溫度為70～80℃，攪拌的速度為300～400rmp，混合的時間為0.5～2h。

10、一種低溫鋅離子電池雙共晶電解液，采用所述的低溫鋅離子電池雙共晶電解液的制備方法制備得到。

11、一種低溫鋅離子電池雙共晶電解液的應(yīng)用，所述低溫鋅離子電池雙共晶電解液作為電解液應(yīng)用于鋅離子電池。

12、優(yōu)選地，所述鋅離子電池以釩酸鈉為正極、以鋅片為負(fù)極、以玻璃纖維為隔膜和以低溫鋅離子電池雙共晶電解液作為電解液。

13、優(yōu)選地，將負(fù)極、隔膜、電解液、正極、不銹鋼片、彈片依次封裝進(jìn)電池殼中，封裝壓力為50～80mpa，低溫鋅離子電池雙共晶電解液的添加量為140～180μl。

14、采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

15、1、本發(fā)明基于鋅鹽、乙酰胺、水和二甲基亞砜間的不同共晶作用合成了低溫鋅離子電池雙共晶電解液。首先，鋅離子會與乙酰胺通過路易斯酸堿相互作用進(jìn)行配位，取代內(nèi)溶劑化殼中部分的水分子，使沉積過程中的脫溶能壘降低，因此促進(jìn)了鋅離子的均勻沉積。其次，通過合理優(yōu)化極性水分子的添加量，改善了離子遷移動力學(xué)，減少在高電流密度下循環(huán)的界面極化。最后，外溶劑化殼中，氫鍵受體二甲基亞砜與氫鍵供體水分子會進(jìn)行氫鍵相互作用，打破水分子連續(xù)的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，抑制析氫和腐蝕反應(yīng)?；陔p共晶作用即配位作用和氫鍵作用制得的電解液能夠有效改善負(fù)極的穩(wěn)定性和耐腐蝕性。

16、2、本發(fā)明的低溫鋅離子電池雙共晶電解液中，合理利用雙共晶作用即配位作用和氫鍵作用調(diào)節(jié)鋅離子的溶劑化殼，有效平衡共晶電解液的離子電導(dǎo)率和水氧腐蝕反應(yīng)，通過優(yōu)化高極性低粘度水分子的添加量，克服無水共晶電解液的缺點(diǎn)，使得電池能夠在5ma/cm2和5a/g的高電流密度下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的充放電循環(huán)。

17、3、本發(fā)明基于鋅離子溶劑化殼中不同的共晶作用，降低了低溫鋅離子電池雙共晶電解液的凝固點(diǎn)，使其能在低溫-20℃下正常運(yùn)行，且低溫鋅離子電池雙共晶電解液在低溫0.5ma/cm2-0.5mah/cm2的條件下能夠穩(wěn)定循環(huán)超過8000小時。

技術(shù)特征：

1.一種低溫鋅離子電池雙共晶電解液的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的一種低溫鋅離子電池雙共晶電解液的制備方法，其特征在于：步驟s1中所述鋅鹽為氯化鋅、六水合高氯酸鋅、三氟甲烷磺酸鋅或雙三氟甲基磺酰亞胺鋅中的一種。

3.如權(quán)利要求1所述的一種低溫鋅離子電池雙共晶電解液的制備方法，其特征在于：步驟s2中所述低溫鋅離子電池雙共晶電解液中鋅鹽的濃度為1～5mol/l。

4.如權(quán)利要求1所述的一種低溫鋅離子電池雙共晶電解液的制備方法，其特征在于：步驟s1中加熱的溫度為70～80℃，攪拌的速度為300～400rmp，混合的時間為2～3h。

5.如權(quán)利要求1所述的一種低溫鋅離子電池雙共晶電解液的制備方法，其特征在于：步驟s2中加熱的溫度為70～80℃，攪拌的速度為300～400rmp，混合的時間為0.5～2h。

6.一種低溫鋅離子電池雙共晶電解液，其特征在于：采用如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的低溫鋅離子電池雙共晶電解液的制備方法制備得到。

7.一種如權(quán)利要求6所述的低溫鋅離子電池雙共晶電解液的應(yīng)用，其特征在于：所述低溫鋅離子電池雙共晶電解液作為電解液應(yīng)用于鋅離子電池。

8.如權(quán)利要求7所述的一種低溫鋅離子電池雙共晶電解液的應(yīng)用，其特征在于：所述鋅離子電池以釩酸鈉為正極、以鋅片為負(fù)極、以玻璃纖維為隔膜和以低溫鋅離子電池雙共晶電解液作為電解液。

9.如權(quán)利要求8所述的一種低溫鋅離子電池雙共晶電解液的應(yīng)用，其特征在于：將負(fù)極、隔膜、電解液、正極、不銹鋼片、彈片依次封裝進(jìn)電池殼中，封裝壓力為50～80mpa，低溫鋅離子電池雙共晶電解液的添加量為140～180μl。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種低溫鋅離子電池雙共晶電解液及其制備方法和應(yīng)用，該方法包括如下步驟：S1、將鋅鹽、乙酰胺和水按比例混合，加熱攪拌，混合均勻后，得到水合共晶電解液；其中，所述鋅鹽、乙酰胺和水的摩爾比為1:(3～6):(2.5～26)，水作為氫鍵供體；S2、將二甲基亞砜與水合共晶電解液混合，加熱攪拌，混合均勻后，得到低溫鋅離子電池雙共晶電解液；其中，所述二甲基亞砜和步驟S1中水的摩爾比為(2.5～26):2，二甲基亞砜作為氫鍵受體；該低溫鋅離子電池雙共晶電解液中，合理利用雙共晶作用即配位作用和氫鍵作用調(diào)節(jié)鋅離子的溶劑化殼，有效平衡共晶電解液的離子電導(dǎo)率和水氧腐蝕反應(yīng)，穩(wěn)定性強(qiáng)，凝固點(diǎn)低，可延長循環(huán)壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：吳明懋,陳玫欣,莊宇航,夏開來,李柳燕
受保護(hù)的技術(shù)使用者：福州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26