水系电解液及锌金属电池

本申请涉及电池，尤其涉及一种水系电解液及锌金属电池。

背景技术：

1、近年来，锌金属电池(负极为锌金属)因制备简单、成本低、安全环保、容量高和功率密度高等优点，受到了越来越多的关注。锌金属电池目前主要使用水系电解液，锌金属负极与水系电解液之间的界面相容性较差，容易导致析氢、腐蚀及锌枝晶生长等副反应，使电池的循环寿命严重衰减，制约了水系锌金属电池的发展。

2、为解决上述问题，在电解液中引入添加剂被认为是一种最简单、最经济的策略。但是，现有的添加剂，有一些属于消耗型，在长期循环过程中添加剂易分解失效；有一些添加剂易燃且含量较高，无法保障锌金属电池的安全性能，也不满足锌金属电池低成本的属性。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提出一种水系电解液，以解决上述问题中的至少一个。

2、另，还有必要提供一种包括上述水系电解液的锌金属电池。

3、本申请一实施方式提供一种水系电解液，其包括可溶性锌盐、苯基卟啉添加剂和去离子水。所述苯基卟啉添加剂包括四苯基四羧酸卟啉、四苯基四氨基卟啉、四苯基四磺酸卟啉、四苯基四甲氧基卟啉、四苯基四硝基卟啉、四苯基四氰基卟啉、四醛基苯基卟啉、四氟苯基卟啉、四溴苯基卟啉中的一种或多种。

4、一种实施方式中，所述苯基卟啉添加剂的质量浓度为1wt％～3wt％。

5、一种实施方式中，所述可溶性锌盐包括硫酸锌、氯化锌、三氟甲烷磺酸锌中的一种或多种。

6、一种实施方式中，所述可溶性锌盐的浓度为1mol/l～3mol/l。

7、本申请一实施方式提供一种锌金属电池，其包括正极极片、负极极片、隔膜以及如上所述的水系电解液。

8、一种实施方式中，所述正极极片包括正极活性材料，所述正极活性材料包括二氧化锰。

9、一种实施方式中，所述正极极片包括正极活性材料，所述正极活性材料包括钒氧化物。

10、一种实施方式中，所述钒氧化物包括钒酸铵、二氧化钒、五氧化二钒中的一种或多种。

11、一种实施方式中，所述负极极片为锌箔或锌合金。

12、一种实施方式中，所述隔膜为玻璃纤维。

13、本申请所述水系电解液及锌金属电池，通过添加苯基卟啉添加剂，能实现较为高效的锌沉积/剥离。苯基卟啉添加剂分子的苯基侧链基团不仅有利于其在锌负极上实现选择性吸附，卟啉环与锌之间的化学螯合作用还能有效降低锌离子的去溶剂化能，从而促进锌离子快速去溶剂化。同时，螯合配体中央的卟啉环通过化学键结合能有效地将水分子从六水合锌离子溶剂化结构中排出，并将捕获的锌离子可逆地释放出来，从而抑制析氢、锌枝晶生长等副反应，使锌均匀致密地进行沉积。通过这种选择性(择优)吸附及“分子筛”屏障效应，锌金属电池能实现稳定的循环，且沉积/剥离效率显著提高，提升了锌金属电池的容量保持率。此外，本申请所述水系电解液生产成本较低，所述苯基卟啉添加剂为非消耗型添加剂，其在循环过程中能保持相对稳定而能长期使用，因此有助于提高锌金属子电池的使用寿命。

技术特征：

1.一种水系电解液，其特征在于，包括可溶性锌盐、苯基卟啉添加剂和去离子水，所述苯基卟啉添加剂包括四苯基四羧酸卟啉、四苯基四氨基卟啉、四苯基四磺酸卟啉、四苯基四甲氧基卟啉、四苯基四硝基卟啉、四苯基四氰基卟啉、四醛基苯基卟啉、四氟苯基卟啉、四溴苯基卟啉中的一种或多种。

2.如权利要求1所述的水系电解液，其特征在于，所述苯基卟啉添加剂的质量浓度为1wt％～3wt％。

3.如权利要求1所述的水系电解液，其特征在于，所述可溶性锌盐包括硫酸锌、氯化锌、三氟甲烷磺酸锌中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的水系电解液，其特征在于，所述可溶性锌盐的浓度为1mol/l～3mol/l。

5.一种锌金属电池，其特征在于，包括正极极片、负极极片、隔膜以及如权利要求1～4任一项所述的水系电解液。

6.如权利要求5所述的锌金属电池，其特征在于，所述正极极片包括正极活性材料，所述正极活性材料包括二氧化锰。

7.如权利要求5所述的锌金属电池，其特征在于，所述正极极片包括正极活性材料，所述正极活性材料包括钒氧化物。

8.如权利要求7所述的锌金属电池，其特征在于，所述钒氧化物包括钒酸铵、二氧化钒、五氧化二钒中的一种或多种。

9.如权利要求5所述的锌金属电池，其特征在于，所述负极极片为锌箔或锌合金。

10.如权利要求5所述的锌金属电池，其特征在于，所述隔膜为玻璃纤维。

技术总结
本申请提出一种水系电解液及锌金属电池，所述水系电解液包括可溶性锌盐、苯基卟啉添加剂和去离子水。苯基卟啉添加剂能抑制析氢、锌枝晶生长等副反应，使锌均匀致密地进行沉积。通过苯基卟啉添加剂的选择性(择优)吸附及“分子筛”屏障效应，锌金属电池能实现稳定的循环，且沉积/剥离效率显著提高，提升了锌金属电池的容量保持率。此外，本申请所述水系电解液生产成本较低，所述苯基卟啉添加剂为非消耗型添加剂，其在循环过程中能保持相对稳定而能长期使用，因此有助于提高锌金属子电池的使用寿命。

技术研发人员：周栋,赵欣,康飞宇,李宝华
受保护的技术使用者：清华大学深圳国际研究生院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16