【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電池及電致變色電解液，具體涉及鋅離子電池及電致變色用低濃度雜化電解液，還涉及鋅離子電池及電致變色用低濃度雜化電解液的制備方法。
技術介紹
1、金屬鋅具有廉價環保、低標準電極電位、高理論比容量、高析氫過電位等優點。因此，以金屬鋅作為負極的二次鋅離子水系電池是理想的綠色電池體系，在大規模儲能領域具有良好的應用前景。然而，電極/電解液界面副反應是制約水系鋅離子電池商業化的最大壁壘。對于正極/電解液界面處，傳統釩基、錳基氧化物都會緩慢的直接或間接溶解在電解液中，導致活性材料損失。同時伴有穿梭效應，造成鋅負極的不均勻沉積。對于負極/電解液界面處，鋅腐蝕、枝晶及析氫反應極易造成電池的脹氣與短路。
2、電解液改性是優化電極/電解液界面反應的關鍵。近年來，高濃電解液引起了廣泛的關注。通過大量鋅離子及陰離子的引入，可以改變鋅離子的配位結構及水分子中的氫鍵網絡結構，最終降低水合鋅離子中水分子的數量及自由水分子的活性，從而抑制電極/電解液界面副反應。然而，高濃電解液成本極高且粘度增大，無法在商業化生產中使用。低成本的低濃電解液研發是水系鋅離子電池走向工業化的必經之路。然而，在低濃電解液中，電極/電解液副反應更加嚴重，主要涉及到鋅負極的腐蝕、枝晶與析氫，及釩正極的溶解與穿梭效應。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供鋅離子電池及電致變色用低濃度雜化電解液，可以降低電極/電解液界面副反應，提高器件的電化學性能，并且成本低廉，適合商業化應用。
2、本專利技術的另一目的
3、本專利技術所采用的第一個技術方案是，鋅離子電池及電致變色用低濃度雜化電解液，由三氟甲烷磺酸鋅((cf3so3)2zn)、有機溶劑和去離子水組成。
4、本專利技術的特征還在于：
5、有機溶劑為碳酸乙烯酯(ec)、碳酸丙烯酯(pc)、碳酸二甲酯(dmc)、磷酸三乙脂(tep)、二甲亞砜(dmso)、乙二醇二甲醚(dme)、二甲基甲酰胺(dmf)、乙腈(an)中的一種或幾種。
6、有機溶劑與去離子水的體積比為9～1:1，三氟甲烷磺酸鋅在有機溶劑與去離子水的混合溶液中的濃度為0.1-1.5摩爾/升，其中，升僅以有機溶劑和去離子水混合溶液計。
7、本專利技術所采用的第二個技術方案是，鋅離子電池及電致變色用低濃度雜化電解液的制備方法，包括如下步驟：
8、步驟1、室溫下，按照有機溶劑與去離子水的體積比為9～1:1稱取溶液，均勻混合；
9、步驟2、稱取三氟甲烷磺酸鋅，將三氟甲烷磺酸鋅加入到步驟1的混合溶液中震蕩溶解，使三氟甲烷磺酸鋅在混合溶液中的濃度為0.1-1.5摩爾/升，其中，升僅以有機溶劑和去離子水混合溶液計。
10、本專利技術的特征還在于：
11、步驟1中，有機溶劑為碳酸乙烯酯(ec)、碳酸丙烯酯(pc)、碳酸二甲酯(dmc)、磷酸三乙脂(tep)、二甲亞砜(dmso)、乙二醇二甲醚(dme)、二甲基甲酰胺(dmf)、乙腈(an)中的一種或幾種。
12、本專利技術的有益效果是：
13、傳統低濃度三氟甲烷磺酸鋅溶液中鋅離子主要以zn(h2o)62+形式存在，而其中的大量配位h2o是造成鋅負極腐蝕的主要因素，而本專利技術電解液中通過有機共溶劑的加入，可以使其自身及三氟甲烷磺酸陰離子(otf-)共同進入到鋅離子的初級溶劑化殼層中，形成zn(otf-)x(organic)y(h2o)z(2-x)+(z＜6)結構，這不僅可以降低配位h2o的數量還有助于在鋅電極表面形成otf-基保護層。而有機共溶劑的加入比例至關重要，只有其加入比例大于等于去離子水(既本專利技術中規定的有機溶劑與去離子水的體積比為9～1:1)，才有顯著效果。例如，在本專利技術的實施例3中，乙腈與去離子水的體積比為4:1時，獲得了zn(otf-)0.81(an)1.78(h2o)3.411.19+結構。此外，有機溶劑中的豐富含o、n、s及f官能團會與水分子形成分子間氫鍵，降低自由水分子的活性，而這個作用也是在其含量大于等于去離子水時才顯著。最終，本專利技術制備的電解液可以極大降低電極/電解液界面副反應，諸如：正極溶解與穿梭效應、負極腐蝕與枝晶等。將其用于鋅離子電池可以在5ag-1的電流密度下提供約150mah?g-1的比容量(釩基材料作為正極，鋅作為負極)并穩定循環超過3000圈。將其用于電致變色可以實現棕紅-橙-黃-綠的顏色轉變，最大光學對比度68.2％(釩基材料作為電致變色層，鋅作為對電極)。此外，該電解液成本低廉、制備過程簡單、適合工業化量產。
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1.鋅離子電池及電致變色用低濃度雜化電解液，其特征在于，由三氟甲烷磺酸鋅、有機溶劑和去離子水組成。
2.根據權利要求1所述的鋅離子電池及電致變色用低濃度雜化電解液，其特征在于，所述有機溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、磷酸三乙脂、二甲亞砜、乙二醇二甲醚、二甲基甲酰胺、乙腈中的一種或幾種。
3.根據權利要求1所述的鋅離子電池及電致變色用低濃度雜化電解液，其特征在于，所述有機溶劑與去離子水的體積比為9～1:1，三氟甲烷磺酸鋅在有機溶劑與去離子水的混合溶液中的濃度為0.1-1.5摩爾/升，其中，升僅以有機溶劑和去離子水混合溶液計。
4.鋅離子電池及電致變色用低濃度雜化電解液的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
5.根據權利要求4所述的鋅離子電池及電致變色用低濃度雜化電解液的制備方法，其特征在于，步驟1中，所述有機溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、磷酸三乙脂、二甲亞砜、乙二醇二甲醚、二甲基甲酰胺、乙腈中的一種或幾種。
【技術特征摘要】
1.鋅離子電池及電致變色用低濃度雜化電解液，其特征在于，由三氟甲烷磺酸鋅、有機溶劑和去離子水組成。
2.根據權利要求1所述的鋅離子電池及電致變色用低濃度雜化電解液，其特征在于，所述有機溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、磷酸三乙脂、二甲亞砜、乙二醇二甲醚、二甲基甲酰胺、乙腈中的一種或幾種。
3.根據權利要求1所述的鋅離子電池及電致變色用低濃度雜化電解液，其特征在于，所述有機溶劑與去離子水的體積比為9～1:1，三...
【專利技術屬性】
技術研發人員：秦戩，李喜飛，戴珉浩，李嘉桐，
申請(專利權)人：西安理工大學，
類型：發明
國別省市：
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