一种宽温域高稳定高熵水系锌离子电池电解液的制备及应用

本发明涉及水系锌离子电池，尤其涉及一种宽温域高稳定高熵水系锌离子电池电解液的制备及应用。

背景技术：

1、自从锂离子电池(libs)问世以来，由于其高能量密度和长循环寿命而被广泛应用于能源存储、便携式电子设备和电动汽车等领域。但由于锂资源匮乏，价格昂贵，不够环保和所使用的有机电解液有毒、易挥发且易燃烧等问题的存在，极大地阻碍了其进一步发展。

2、目前，水系锌离子电池(zibs)由于其资源丰富、低成本、高安全性、环境友好、高理论能量(820mah g-1，5855mah cm-2)和较低的氧化还原电势(-0.762v vs.she)等优点，在储能设备中得到了广泛关注。除此之外，相比于锂离子电池，水系锌离子电池使用水系电解液，其具有更好的安全性、更简单的操作、低粘度和更高的离子电导率等优势。这些优点使水系锌离子电池在储能领域具有更广阔的应用前景。

3、然而，在水系锌离子电池实际应用中面临着一些挑战。由于锌金属负极侧枝晶的生成、析氢反应、高度腐蚀和钝化，造成锌负极的循环可逆性差、库伦效率低和循环寿命短，最终导致电池失效。这些挑战成为水系锌离子电池大规模应用的主要障碍，因此需要寻找合适的方法来改善以上问题。

4、在锌负极保护方面，电解液改性是一种简单易行且能够有效抑制枝晶生长的方法。通过在水系电解液中加入其他可溶性锌盐和有机组分溶剂能够显著改善电池的电化学性能，提高水系锌离子电池的安全性和循环寿命。

5、多元组分的参与调整了电解液内的溶剂化结构，能够改善电极/电解液的界面性能，促进锌离子的均匀沉积，抑制苔藓状枝晶的生成。同时，减少了活性水的存在，能够抑制析氢反应，避免副反应的产生和锌负极的腐蚀，并且还能够提高水系锌离子电池的能量密度，改善电池的容量衰减。

6、此外，由于多元组分的参与，促使电解液内部具有多种溶剂化结构，增加了电解液内部的复杂性，提高了电解液系统的熵值，有效降低了电解液的凝固点，使得电解液能够在-20℃低温条件下运行，扩宽了电池运行的条件，进一步提高了水系锌离子电池的稳定性。因此，通过混合多种组分形成的水系高熵电解液能够有效解决水系锌离子电池的枝晶形成和腐蚀问题，并拓宽电池运行条件，其将具有广阔的应用前景。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种宽温域高稳定高熵水系锌离子电池电解液的制备及应用，所制备的含多元组分的高熵电解液具有较好的稳定性，可以有效保护锌负极、提高电池容量、提升低温性能，并且能够实现高功率储能，从而提高水系锌离子电池的循环性能、库伦效率、安全性和电化学性能。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种宽温域高稳定高熵水系锌离子电池电解液的制备方法，包括如下步骤：

3、s1、将硫酸锌溶于乙二醇中，在常温条件下搅拌溶解配置成电解液a；

4、s2、将三氟甲烷磺酸锌溶于去离子水中，在常温条件下搅拌溶解配置成电解液b；

5、s3、将氯化锌溶于二甲基亚砜中，在常温条件下搅拌溶解配置成电解液c；

6、s4、按照电解液a：电解液b：电解液c体积比2：2：1配置为宽温域高稳定高熵水系锌离子电池电解液。

7、优选地，步骤s1中，电解液a浓度为2mol/l。

8、优选地，步骤s2中，电解液b的浓度为3mol/l。

9、优选地，步骤s3中，电解液c的浓度为2mol/l。

10、本发明公开的含有多元组分的高熵电解液中，硫酸锌、三氟甲烷磺酸锌和氯化锌均为可溶性锌盐。其中，otf-属于疏水性阴离子，能够有效阻碍水到达锌负极，避免析氢反应和负极腐蚀；cl-离子具有很强的电负性和穿透性，能够有效地破坏锌金属表面生成的氧化锌钝化层，从而提高锌负极的反应活性。

11、所采用的三种溶剂为乙二醇、去离子水和二甲基亚砜，主要以有机组分为主，溶剂中含有去离子水能够提高电解液的离子电导率，降低电解液的粘度，提高锌离子在电解液中的传输速率，从而提高锌离子电池的电化学性能。

12、三种电解液混合之后，由于组分复杂，含有多种官能团，能够改变电解液中的溶剂化结构，增加电解液体系的溶剂化种类，能够增加体系的复杂性。有机组分中的官能团能够吸附在锌离子电池锌负极表面，使其具有高化学吸附效应和界面稳定性等性质，从而诱导锌离子均匀沉积，抑制“尖端效应”，减少锌枝晶的生成。

13、同时，由于乙二醇和二甲基亚砜为抗凝溶剂，其可以降低电解液的凝固点，使得电解液能够在-20℃低温条件下运行，扩宽了电池运行的条件，进一步提高了水系锌离子电池的稳定性。

14、本发明一种宽温域高稳定高熵水系锌离子电池电解液的制备及应用，具有以下有益效果：

15、(1)该多元组分电解液可以加速锌负极电镀/剥离过程的可逆性，促进均匀的锌沉积，抑制苔藓状枝晶的生成，提高锌离子电池的循环性能、库伦效率和可逆容量，从而获得较好的电化学性能；

16、(2)多元组分的参与使电解液的溶剂化结构发生改变，导致电解液中活性水数量减少，能够减弱锌负极侧的析氢反应和腐蚀，提高了电池的安全性和循环寿命；

17、(3)电解液内部具有多种溶剂化结构，增加了电解液内部的复杂性，提高了电解液系统的熵值，有效降低了电解液的凝固点，改善了电池的低温性能，拓宽了电池的运行条件；

18、(4)多元组分的参与还能够提高电池的容量、能量密度和倍率性能，改善锌离子电池容量衰减问题；

19、(5)采用该含有多元组分的高熵电解液组装的全电池具有更高的比容量和容量保持率，进一步说明该种电解液能够有效改善水系锌离子电池的电化学性能，对开发出性能优异和高安全性的可充水系锌离子电池具有重大意义；

20、(6)本发明通过先分别合成三种电解液，再按一定比例混合成最终电解液，合成工艺简单，原料易得，反应条件易于控制，易于实现，并且所得的电解液比较稳定，不易挥发和燃烧，与锌离子电池具有较好的兼容性，此种混合电解液有助于开发性能优异、安全性高和绿色环保的可充水系锌离子电池。

21、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

1.一种宽温域高稳定高熵水系锌离子电池电解液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种宽温域高稳定高熵水系锌离子电池电解液的制备方法，其特征在于：步骤s1中，电解液a浓度为2mol/l。

3.根据权利要求1所述的一种宽温域高稳定高熵水系锌离子电池电解液的制备方法一，其特征在于：步骤s2中，电解液b的浓度为3mol/l。

4.根据权利要求1所述的一种宽温域高稳定高熵水系锌离子电池电解液的制备方法，其特征在于：步骤s3中，电解液c的浓度为2mol/l。

5.一种如权利要求1～4任一项所述的宽温域高稳定高熵水系锌离子电池电解液的制备方法所制备的宽温域高稳定高熵水系锌离子电池电解液。

6.一种如权利要求5所述的宽温域高稳定高熵水系锌离子电池电解液在制备水系锌离子电池中的应用。