本技术属于水系锌离子电池技术领域,公开了一种电解液添加剂、电解液以及应用。本发明的电解液添加剂为苯磺酸钠、1‑己烷磺酸钠、吡啶‑3‑磺酸钠中的一种或几种。添加剂以化学吸附的方式优先吸附在负极界面,并在锌表面原位形成吸附层,该吸附层可以有效抑制Zn表面的二维扩散,促进三维扩散,从而抑制锌离子的不均匀沉积和枝晶的产生。该吸附层还可将水与Zn阳极隔开,并占据活性水分子的分解位点,从而抑制水分解。高供体数的吡啶‑3‑磺酸钠可以通过吡啶环优先与锌离子配位并排除部分溶剂化的水,与通过亚硫酰基团吸附在锌表面形成的吸附层共同抑制了水的分解和枝晶的形成,有效提高了锌负极的循环稳定性。
背景技术
二次电池是一类重要的化学储能装置,锂离子电池因其高能量密度而备受关注。然而,由于锂金属资源稀缺、锂阳极的安全问题以及有机电解质的易燃性导致其成本高,安全性低,阻碍了其在大规模储能网络中的广泛应用。因此,水系可充电电池因其成本低、环保和安全性高的优势而受到研究人员越来越多的关注。在各种水系电池中,水系锌离子电池(ZIBs)因其资源丰富、理论容量高(820mAh g-1
)、低氧化还原电位(-0.763Vvs标准氢电极),以及水系电解质的高安全性和离子电导率确保了其大规模应用的前景。
现阶段水系锌离子电池的应用仍然存在挑战。锌阳极表面的枝晶生长、由于H2
O分解引起的腐蚀、析氢以及Zn4
SO4
(OH)6
·nH2
O等副产物严重降低了ZIBs的可逆性和循环稳定性,从而限制了ZIBs的实际应用。目前一些研究针对上述问题开展了大量的研究工作,主要包括锌负极界面改性和电解质优化两种策略。负极界面改性是通过原位或非原位在负极表面构建一层修饰层将负极表面与水分子隔开,从而减少了水分子在负极表面的分解并且降低局部电流密度,促进锌离子均匀沉积。然而由于在电镀剥离的过程中,锌金属体积在不断变化,导致修饰层因无法持续承受充放电过程中的体积变化而脱落。相比之下电解质优化因其制备工艺简单和成本低而被视为是最可行的策略。在此背景下,人们提出了各种具有优化Zn2+
配位环境和修饰电解质/电极界面功能的电解质添加剂。基于水系锌离子电池存在问题的复杂性,减少电极侧水分子的分解是实现水系锌离子电池快速发展的关键。目前一些研究致力于单纯的从电解液或电极表面方向调控水分子在负极表面的行为。但目前报道的使用添加剂解决水分子分解问题的效果较差。
因此,如何解决水分子分解的问题对于水系锌离子电池的广泛应用具有关键作用。
实现思路