一种提升电池循环性能的电解液及水系锌离子电池

本发明涉及电池，尤其涉及一种提升电池循环性能的电解液及水系锌离子电池。

背景技术：

1、水系锌离子电池是指采用水作为电解液溶剂和采用金属锌作为负极的新型水系可充电金属离子电池。水系锌离子电池的工作原理与锂电池相似，即利用电解液中的锌离子在正负两个电极间的往复穿梭来存储和释放电能。

2、与锂电池采用高度可燃性的有机电解液不同，水系锌离子电池主要用水作为电解液溶剂，因此不存在锂电池的可燃、易爆等问题，使水系锌离子电池具有安全性高、环保性好和成本低等优势；并且，由于水系锌离子电池的原材料锌储量丰富，电池装配、储存、运输和维护又相对简单，因此，水系锌离子电池被认为在大规模储能领域具有更加广阔的应用前景。

3、目前，水系锌离子电池的锌负极在水系电解液中存在着严重的枝晶、析氢和金属腐蚀等有害副反应，限制了电池的循环寿命，从而阻碍了水系锌离子电池的大规模应用。枝晶是指充放电过程中，锌离子会在锌负极上发生不均匀沉积，从而使电池负极上出现树枝状金属锌晶体；在电池充放电过程中，枝晶还会不断长大，最终刺穿隔膜与正极接触，导致电池因内部短路而失效。析氢是指作为电解液溶剂的水，在电池充放电过程中会分解、释放氢气，导致电池胀气，甚至爆炸。腐蚀主要是由于金属锌较为活泼，会自发地与水发生化学反应，从而持续消耗锌负极材料和电解液，导致电池使用寿命大幅缩短。

4、因此，解决水系锌离子电池面临的枝晶生长、析氢和腐蚀的问题，是急需解决的问题。

技术实现思路

1、针对背景技术提出的问题，本发明的目的在于提出一种提升电池循环性能的电解液，能够抑制锌枝晶的生长和副反应的形成，提升水系锌离子电池的循环性能，解决了目前水系锌离子电池存在的枝晶、析氢和腐蚀的问题。

2、本发明的另一目的在于提出一种水系锌离子电池，使用上述提升电池循环性能的电解液，具有循环寿命长的优点；

3、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

4、一种提升电池循环性能的电解液，包括水和电解液添加剂，所述电解液添加剂的化学通式为(n+a)i-；

5、上述化学通式中，n+为带正电荷氮中心，a为烷基链，i-为碘离子。

6、进一步的，在所述电解液中，所述电解液添加剂的摩尔浓度为1mm～100mm。

7、优选地，所述烷基链的碳链数为1～4条，碳数为1～100。

8、进一步的，所述电解液添加剂为四乙基碘化铵、四甲基碘化铵、四丁基碘化铵、四正十二烷基碘化铵、二异丙基碘化铵、异丙基碘化铵、异丁基碘化铵、叔丁基碘化铵、十四烷基三甲基碘化铵、二甲基二(十八烷基)碘化铵或十二烷基三甲基碘化铵中的任意一种。

9、更为优选地，所述烷基链的碳数为4～20。

10、更为优选地，所述电解液添加剂为四乙基碘化铵。

11、进一步的，电解液的组分还包括电解质盐。

12、优选地，所述电解质盐为硫酸锌。

13、进一步的，电解液中硫酸锌的摩尔浓度为1m。

14、一种水系锌离子电池，包括正极、负极和上述的提升电池循环性能的电解液，所述负极的材料为锌。

15、上述技术方案具有以下有益效果：本技术方案通过在水系锌离子电池使用的电解液中添加化学通式为(n+a)i-的电解液添加剂，通过阴阳离子协同作用，能够诱导均匀的锌沉积，有效抑制锌负极表面锌枝晶的形成和生长，降低电解液中的副反应，显著延长了水系锌离子电池的循环性能，解决了现有水系锌离子电池存在枝晶、析氢和腐蚀的问题。

技术特征：

1.一种提升电池循环性能的电解液，其特征在于，包括水和电解液添加剂，所述电解液添加剂的化学通式为(n+a)i-；

2.根据权利要求1所述提升电池循环性能的电解液，其特征在于，在所述电解液中，所述电解液添加剂的摩尔浓度为1mm～100mm。

3.根据权利要求1所述提升电池循环性能的电解液，其特电解液添加剂征在于，所述烷基链的碳链数为1～4条，碳数为1～100。

4.根据权利要求3所述提升电池循环性能的电解液，其特征在于，所述电解液添加剂为四乙基碘化铵、四甲基碘化铵、四丁基碘化铵、四正十二烷基碘化铵、二异丙基碘化铵、异丙基碘化铵、异丁基碘化铵、叔丁基碘化铵、十四烷基三甲基碘化铵、二甲基二(十八烷基)碘化铵或十二烷基三甲基碘化铵中的任意一种。

5.根据权利要求3所述提升电池循环性能的电解液，其特征在于，所述烷基链的碳数为4～20。

6.根据权利要求5所述提升电池循环性能的电解液，其特征在于，所述电解液添加剂为四乙基碘化铵。

7.根据权利要求1所述提升电池循环性能的电解液，其特征在于，电解液的组分还包括电解质盐。

8.根据权利要求7所述提升电池循环性能的电解液，其特征在于，所述电解质盐为硫酸锌。

9.根据权利要求8所述提升电池循环性能的电解液，其特征在于，电解液中硫酸锌的摩尔浓度为1m。

10.一种水系锌离子电池，其特征在于，包括正极、负极和权利要求1～9任一项所述的提升电池循环性能的电解液，所述负极的材料为锌。

技术总结
本发明公开了一种提升电池循环性能的电解液及水系锌离子电池，涉及电池技术领域。本发明提升电池循环性能的电解液包括水和电解液添加剂，所述电解液添加剂的化学通式为(N<supgt;+</supgt;A)I<supgt;‑</supgt;；上述化学通式中，N<supgt;+</supgt;为带正电荷氮中心，A为烷基链，I<supgt;‑</supgt;为碘离子。本发明提升电池循环性能的电解液，能够抑制锌枝晶的生长和副反应的形成，提升水系锌离子电池的循环性能，解决了目前水系锌离子电池存在的枝晶、析氢和腐蚀的问题。

技术研发人员：傅焰鹏,方桃,胡安宇,刘起辉
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16