背景技術(shù)：

1、隨著石油等化石能源的日益枯竭，開發(fā)新型環(huán)?？稍偕茉达@得尤為重要。但是由于可再生資源供能的間歇性，需要高效安全且成本低廉的儲能技術(shù)來支撐。其中水系鋅離子電池以其安全環(huán)保，成本低廉以及理論容量大等優(yōu)點(diǎn)在儲能設(shè)備中脫穎而出，有著廣闊的應(yīng)用前景，但同時(shí)水系鋅離子電池也存在著一些挑戰(zhàn)。例如陽極枝晶的無序生長，腐蝕以及析氫等問題都影響了水系鋅離子電池的循環(huán)壽命從而阻礙了水系鋅離子電池的大規(guī)模發(fā)展。

2、近年來，人們一直致力于能夠抑制枝晶生長以及副反應(yīng)產(chǎn)生的研究，其中主要包括陽極結(jié)構(gòu)的調(diào)整，負(fù)極表面涂層的構(gòu)建，電解液添加劑的調(diào)控以及隔膜改性。其中的電解液添加劑研究策略以其操作方便，效果顯著的特點(diǎn)得到了廣泛的研究。與通過復(fù)雜的制備工藝在鋅表面構(gòu)建的人工涂層相比，由于粘結(jié)劑性能的不穩(wěn)定，在電鍍循環(huán)過程中可能會出現(xiàn)涂層脫落的現(xiàn)象從而影響電池性能，而電解液添加劑可以通過吸附在其表面形成多功能層調(diào)節(jié)鋅離子的沉積過程，改變鋅離子的溶劑化鞘結(jié)構(gòu)從而減少副反應(yīng)的產(chǎn)生。因此設(shè)計(jì)一種調(diào)節(jié)鋅離子去溶劑化，誘導(dǎo)鋅離子均勻沉積的電解液添加劑至關(guān)重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于以上描述的不足之處，本發(fā)明提供了一種含微量三正辛基氧膦添加劑的水系鋅離子電池電解液的制備及其應(yīng)用。本發(fā)明中的三正辛基氧膦由于在水中的溶解度不高，所以加入適量的甲醇作為助溶劑來幫助其在水中的溶解，只需添加極少量就可明顯改善水系鋅離子電池的循環(huán)壽命。本發(fā)明中由于三正辛基氧膦內(nèi)的-p=o基團(tuán)中的p原子所攜帶的孤對電子具有的電負(fù)性使得分子中帶有-p=o基團(tuán)的一側(cè)能夠優(yōu)先吸附在鋅陽極表面，能夠作為親鋅成核位點(diǎn)誘導(dǎo)鋅離子的均勻沉積，同時(shí)分子中大量的-ch3基團(tuán)分布在外側(cè)形成一層疏水層從而解決了鋅陽極固有的腐蝕問題，因此在循環(huán)過程中，鋅陽極表面形成了一層親鋅疏水層，同時(shí)添加劑能夠破壞原有的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，降低水的活度從而能夠有效解決析氫，腐蝕以及枝晶生長的問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種含有三正辛基氧膦添加劑的水系鋅離子電池電解液，其組分包括三正辛基氧膦添加劑、甲醇、三氟甲磺酸鋅電解質(zhì)和溶劑。

4、所述三正辛基氧膦添加劑分子式為c24h51po，含有親鋅的-p=o基團(tuán)以及疏水的-ch3基團(tuán)，其結(jié)構(gòu)式如圖9所示。

5、所述溶劑為電導(dǎo)率為5?μs?cm-1的去離子水。

6、所述三正辛基氧膦添加劑在電解液中的濃度為25.6-76.8?mmol?l-1為，甲醇助溶劑與溶劑去離子水的體積比均為1：1。

7、水溶性鋅鹽為三氟甲磺酸鋅，所述電解質(zhì)在電解液中的濃度為3?mol?l-1。

8、第二方面，本發(fā)明提供了一種含有三正辛基氧膦添加劑的水系鋅離子電池電解液的制備方法，包括以下步驟:

9、將水溶性鋅鹽加入到去離子水中，充分?jǐn)嚢柚镣耆芙猓o置，得到水系鋅離子電池常規(guī)電解液。

10、將與溶劑同等體積的甲醇助溶劑加入到常規(guī)電解液中，再將三正辛基氧膦添加劑加入到甲醇和常規(guī)電解液的混合溶液中，攪拌至溶液澄清即得到所述含三正辛基氧膦添加劑的水系鋅離子電池電解液。

11、第三方面，提供了一種水系鋅離子電池添加劑電解液的應(yīng)用，其特征在于，

12、以所述水系鋅離子電池添加劑電解液構(gòu)建水系鋅離子電池。

13、本發(fā)明的有益效果為：

14、本發(fā)明的所述水系鋅離子電池的三正辛基氧膦添加劑電解液能夠在循環(huán)過程中在陽極表面形成一層親鋅疏水層作為親鋅成核位點(diǎn)誘導(dǎo)鋅離子的均勻沉積，外部的疏水層提供了陽極疏水的環(huán)境從而解決了鋅陽極固有的腐蝕問題，同時(shí)添加劑能夠破壞原有的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，降低水的活度，抑制了鋅陽極的析氫反應(yīng)。這些確保了鋅陽極在循環(huán)過程中的穩(wěn)定性和可逆性，提高了水系鋅離子電池的循環(huán)壽命。

技術(shù)特征：

1.一種含微量三正辛基氧膦添加劑的水系鋅離子電池電解液的制備及其應(yīng)用，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有三正辛基氧膦添加劑的電解液的制備方法，其特征在于，水溶性鋅鹽為三氟甲磺酸鋅。

3.一種包含權(quán)利要求1-2所述的制備方法所制備的水系鋅離子電池電解液的電池。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池，其特征在于，所述電池為100μm厚的商用鋅箔、玻璃纖維隔膜以及水系鋅離子電池電解液組成對稱電池;

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池，其特征在于，工作電流密度為1~5?ma?cm-2。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種含微量三正辛基氧膦(TOPO)添加劑的水系鋅離子電池電解液的制備及其應(yīng)用，主要研究方法是在水系鋅離子電池的三氟甲磺酸鋅(Zn(OTF)<subgt;2</subgt;)電解液中加入微量三正辛基氧膦和適量甲醇助溶劑的混合有機(jī)化合物添加劑。這種添加劑不但對環(huán)境友好，對延長循環(huán)壽命的效果顯著，而且成本低廉，從而具有良好的應(yīng)用前景。隨著電解液添加劑的加入，能夠限制電解液中自由水的活度，破壞水分子間的氫鍵網(wǎng)絡(luò)從而有效抑制鋅陽極的析氫反應(yīng)，同時(shí)在電池循環(huán)過程中，它在陽極表面形成了一層親鋅疏水層能夠明顯改善三氟甲磺酸鋅電解液中鋅離子的電化學(xué)沉積行為，誘導(dǎo)鋅離子在電池鋅陽極界面上進(jìn)行均勻致密的沉積，抑制了鋅枝晶的形成，對陽極固有的腐蝕問題有了極大改善，在一定程度上解決了全電池循環(huán)過程中容量衰減的問題。為水系鋅離子電池的開發(fā)和后續(xù)研究起到了一定的促進(jìn)作用。

技術(shù)研發(fā)人員：李鵬,羅浩,孫振杰,李承澤,盛文祥,陳曉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：安徽大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2