本发明属于水系电池技术领域，尤其涉及一种基于共熔盐电解质的水系锌离子电池电解液。
背景技术：
随着社会发展和新能源体系的改革，二次电源面向的服务领域逐渐从电子消费品转向大规模储能领域。锌离子电池由于储量丰富、价格友好等特点被认为是大规模储能领域中锂离子电池的理想替代者。电解液作为离子传输的介质，连接正负极的“桥梁”，对于电池性能的发挥具有至关重要的影响。相较于有机电解液，水系电解液具有低成本，无污染，制备工艺简单，高安全性等优势，是锌离子电池中应用最为广泛的电解液体系。水系电解液具有高的离子电导率和低的粘度，锌离子在电化学反应中具有较快的反应动力学过程，因此水系锌离子电池大都具有良好的倍率性能。但传统的水系电解液，如znso4和zn(cf3so3)2的水溶液电化学稳定窗口窄且反应活性强，在充放电过程中会发生不可避免的析氢析氧现象，对于电极特别是金属锌负极造成了严重破坏。锌负极在循环过程中沉积不均匀，且表面会形成大量的氧化锌等副产物，降低电池的循环稳定性，甚至可能造成电池短路带来严重的安全隐患。水系锌离子电池电化学性能亟待进一步提升。
选用高浓度“盐包水”电解液是提升水系电池电化学性能的一种良好解决方案。盐浓度的提高会使体系中水分子活度下降，从而拓宽电解液的电化学窗口，抑制析氢，提高电池的库仑效率。但高溶解度锌盐的选择相对有限，且盐浓度的提升会使电解液成本上升，不利于大规模推广。因此，开发一种低成本、环境友好的新型水系锌离子电池电解液至关重要。
技术实现要素：
本发明的目的是解决现有水系锌离子电池电化学窗口窄、锌负极不稳定等问题，提供一种基于共熔盐电解质的新型水系锌离子电池电解液。本发明提供的电解液由锌盐、有机中性配体和水组成，该电解液能显著拓宽电解液的电化学窗口并促进金属锌均匀成核沉积。基于此电解液的锌离子电池表现出良好的循环稳定性。
本发明的技术方案
一种基于共熔盐电解质的新型水系锌离子电池电解液。所述电解液为锌盐 强极性中性配体 水的低共熔体系。
所述锌盐为zncl2、zn(clo4)2或zn(tfsi)2中的一种；强极性中性配体为乙酰胺、丁二腈或二甲基砜中的一种。
所述电解液中锌盐与中性配体的摩尔比为1:3。
所述电解液中水与锌盐的摩尔比为1～6。
本发明的优点和有益效果：
本发明通过将水分子引入到低共熔体系中，显著降低了电解液的粘度并提高了其离子电导率，赋予其水系电解液的特性。同时由于水含量较低，体系中原有的共熔盐网络得以保存，体系稳定性较高。制备的电解液兼具高浓度盐与离子液体的某些性质。通过引入水分子，促进了金属锌均匀成核沉积，提升了锌负极的可逆性与循环稳定性。将该电解液应用于锌离子电池，表现出优异的电化学性能。本发明的水系电解液成本低廉、环境友好且制备工艺简单，适合工业化生产，在大规模储能领域具有潜在应用前景。
附图说明
图1是实施例1中，基于zncl2-乙酰胺水系电解液的锌/吩嗪全电池在10c电流密度下的电化学性能；
图2是实施例2中，基于zncl2-丁二腈水系电解液的锌/吩嗪全电池在10c电流密度下的电化学性能；
图3是实施例3中，基于zncl2-二甲基砜水系电解液的锌/吩嗪全电池在10c电流密度下的电化学性能；
图4是实施例4中，基于zn(clo4)2-二甲基砜水系电解液的锌/吩嗪全电池在10c电流密度下的电化学性能；
图5是实施例5中，基于zn(clo4)2-乙酰胺水系电解液的锌/吩嗪全电池在10c电流密度下的电化学性能。
具体实施方式
实施例1：
本实例提供一种基于共熔盐电解质的水系锌离子电池电解液的制备方法，其组成如下：zncl2，乙酰胺和水。将zncl2和乙酰胺固体按摩尔比1:3混合，在80℃下搅拌2小时直至全部固体变为澄清透明液体，冷却至室温后，按水与zncl2摩尔比为1:1加入去离子水，继续搅拌2小时配制成水系电解液。
取少量制备的水系电解液，以锌箔为负极，吩嗪为正极，glassfibre为隔膜组装全电池，在倍率为10c电流密度下测试其电化学性能。
测试结果见图1，该电池以接近100％的库仑效率稳定循环10000圈后仍有85.7％的容量保持率。
实施例2
本实例提供一种基于共熔盐电解质的水系锌离子电池电解液的制备方法，其组成如下：zncl2，丁二腈和水。将zncl2、丁二腈固体和去离子水按摩尔比1:3:6混合，在80℃下搅拌2小时直至全部固体变为液体，冷却至室温后继续搅拌2小时配制成水系电解液。
取少量制备的水系电解液，以锌箔为负极，吩嗪为正极，glassfibre为隔膜组装全电池，在倍率为10c电流密度下测试其电化学性能。
测试结果见图2，该电池以接近100％的库仑效率稳定循环1000圈后仍有91.4％的容量保持率。
实施例3
本实例提供一种基于共熔盐电解质的水系锌离子电池电解液的制备方法，其组成如下：zncl2，二甲基砜和水。将zncl2、二甲基砜固体和去离子水按摩尔比1:3:6混合，在80℃下搅拌2小时直至全部固体变为液体，冷却至室温后继续搅拌2小时配制成水系电解液。
取少量制备的水系电解液，以锌箔为负极，吩嗪为正极，glassfibre为隔膜组装全电池，在倍率为10c电流密度下测试其电化学性能。
测试结果见图3，该电池以接近100％的库仑效率稳定循环650圈后仍有84.9％的容量保持率。
实施例4
本实例提供一种基于共熔盐电解质的水系锌离子电池电解液的制备方法，其组成如下：zn(clo4)2·6h2o和二甲基砜，电解液中的水来自zn(clo4)2·6h2o中的结晶水。将zn(clo4)2·6h2o和二甲基砜固体按摩尔比1:3混合，在80℃下搅拌2小时直至全部固体变为液体，冷却至室温后继续搅拌2小时配制成水系电解液。
取少量制备的水系电解液，以锌箔为负极，吩嗪为正极，glassfibre为隔膜组装全电池，在倍率为10c电流密度下测试其电化学性能。
测试结果见图4，该电池以接近100％的库仑效率稳定循环750圈后仍有95.5％的容量保持率。
实施例5
本实例提供一种基于共熔盐电解质的水系锌离子电池电解液的制备方法，其组成如下：zn(clo4)2·6h2o和乙酰胺，电解液中的水来自zn(clo4)2·6h2o中的结晶水。将zn(clo4)2·6h2o和乙酰胺固体按摩尔比1:3混合，在80℃下搅拌2小时直至全部固体变为液体，冷却至室温后继续搅拌2小时配制成水系电解液。
取少量制备的水系电解液，以锌箔为负极，吩嗪为正极，glassfibre为隔膜组装全电池，在倍率为10c电流密度下测试其电化学性能。
测试结果见图5，该电池以接近100％的库仑效率稳定循环500圈后仍有93.8％的容量保持率。
1.一种基于共熔盐电解质的水系锌离子电池电解液，其特征在于，所述电解液为锌盐 强极性中性配体 水的低共熔体系。
2.根据权利要求1所述的基于共熔盐电解质的水系锌离子电池电解液，其特征在于，所述强极性中性配体为乙酰胺、丁二腈或二甲基砜中的一种。
3.根据权利要求1所述的基于共熔盐电解质的水系锌离子电池电解液，其特征在于，所述所述锌盐为以下任意一种：zncl2、zn(clo4)2或zn(tfsi)2。
4.根据权利要求1所述的基于共熔盐电解质的水系锌离子电池电解液，其特征在于，锌盐与强极性中性配体的摩尔比为1:3。
5.根据权利要求1所述的基于共熔盐电解质的水系锌离子电池电解液，其特征在于，所述电解液中水与共熔盐电解质中锌盐的摩尔比为1～6。
技术总结