一类用于水系锌离子电池的含醛电解质添加剂

技术领域

本发明涉及一类用于水系锌离子电池的含醛电解质添加剂，属于水系锌离子电池技术领域。

背景技术

锂离子电池发展至今，在能源储存、电子电器及新能源汽车领域取得了巨大的成功，这得益于它高的能量密度和长的循环寿命。但是，锂金属价格昂贵，资源匮乏，不够环保和安全的问题阻碍了其进一步的发展。相对于锂离子电池来说，水系锌离子电池的离子电导率更高，成本更低，组装更加便捷，并且对环境更加友好。研究表明，锌的沉积容易受到水的影响，产生不规则的锌枝晶和副产物。目前，利用电解质添加剂解决锌枝晶的策略体现在改变溶剂化结构，抑制活性水的分解，起到静电屏蔽作用。但是，析氢反应仍未得到彻底的解决，充放电过程中产生的氢气会使电池鼓胀，削弱电极和电解质的接触，增加电池的内部得阻抗，因此，是制约电池长时间循环的罪魁祸首。因此，本发明通过在水系锌离子电池中添加含醛的有机添加剂来解决这一问题。一方面，醛基能与锌离子相互作用改变溶剂化结构，抑制活性水的分解。另一方面，醛基能与氢气发生加成反应生成醇类物质，解除氢气对电池长循环充放电的致命影响。在国内外报道中尚未出现相关研究。

发明内容

要解决的技术问题

为了解决锌枝晶生长和析氢反应，本发明提出了一类用于水系锌离子电池的含醛电解质添加剂。

技术方案

一类用于水系锌离子电池的含醛电解质添加剂，其特征在于：具体步骤如下：

(1)2M硫酸锌电解液的制备：在室温下，将28.753g七水硫酸锌溶于50ml去离子水中，溶解均匀，待用。分别取0.05、0.1和0.2g的阿拉伯胶粉末与10g配好的电解液溶解搅拌均匀。

(2)CR2032对称电池的组装：正负极均采用直径为14mm的锌金属片，隔膜采用的玻璃纤维隔膜。电解液分别采用上述配好的电解液和纯的硫酸锌电解液，使用量为0.1ml。

(3)气密瓶的使用：取50ml的气密瓶，分别注入30ml的纯硫酸锌电解液和含1.0wt％阿拉伯胶的电解液。再分别注入等量的氢气。然后用蜡密封瓶口。

有益效果

本发明的有益效果是，在添加很少量的含醛添加剂后，极大地延长了水系锌离子电池维持优秀充放电性能的长循环时间，醛基与锌离子形成新的溶剂化结构，减少活性水的分解。此外，醛基能消耗不可避免产生的少量氢气，净化电解质环境，避免了由于气体引起的电池膨胀问题。

附图说明

图1为实例水系锌离子电池在电流密度为1mA cm

图2为实例水系锌离子电池在电流密度为5mA cm

图3为含有和不含阿拉伯胶添加剂的电解液气密瓶中气相色谱图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明：

实施例

(1)2M硫酸锌电解液的制备：在室温下，将28.753g七水硫酸锌溶于50ml去离子水中，溶解均匀，待用。分别取0.05、0.1和0.2g的阿拉伯胶粉末与10g配好的电解液溶解搅拌均匀。

(2)CR2032对称电池的组装：正负极均采用直径为14mm的锌金属片，隔膜采用的玻璃纤维隔膜。电解液分别采用上述配好的电解液和纯的硫酸锌电解液，使用量为0.1ml。

(3)气密瓶的使用：取50ml的气密瓶，分别注入30ml的纯硫酸锌电解液和含1.0wt％阿拉伯胶的电解液。再分别注入等量的氢气。然后用蜡密封瓶口。

在新威尔充放电仪上对水系锌离子对称电池进行长循环测试。设置参数为：1mAcm

在气相色谱仪GC-7900上测试气密瓶中氢气的含量的变化。测试结果是：在6h内，含1.0wt％阿拉伯胶的电解液的气密瓶中氢气含量减少了1.278％。而含纯硫酸锌的电解液的气密瓶中氢气含量减少了0.044％。