一种含融雪剂的低温水系电解液

本发明属于电池电解液材料，具体涉及一种含融雪剂的低温水系电解液。

背景技术：

1、随着全球能源需求的不断增长以及环境问题的恶化，传统的化石能源逐渐不能满足人们的需求和绿色环保的理念，使得电化学储能发挥了极其重要的作用(naturematerials,2020,19)。虽然锂离子电池是目前使用最广泛的电化学储能系统，但近年来，由于锂资源逐渐短缺和原材料价格等日益上涨以及使用易燃、有毒有机电解液，导致锂离子电池的制造成本激增并且生产和使用过程中存在较大的安全问题，限制其应用(advancedfunctional materials,2022,32)。相比于锂金属而言，金属锌在地壳中的储量丰富约为金属锂的300倍，有效减缓因资源短缺而导致成本上涨的问题。此外锌离子电池具有理论容量高(820mah·g-1)、操作简单和安全性高等特点而受到研究人员的青睐(energy storagematerials,2023,58)，有望成为锂离子电池的潜在替代品。

2、由于人类活动版图的扩大，人类对于电力需求延伸到零度以下，这对储能设备的应用提出了更高的标准和要求。水系锌离子电池的电解液溶剂为水，这有效改善了有机电解液有毒易燃的问题，然而其热力学凝固点为0℃，在低温下易结冰。当电解液由液态转为固态时，会产生离子电导率急剧降低、电荷传递阻抗增大、锌离子动力学缓慢和电极与电解液界面分离等问题，从而使锌离子电池在低温环境下性能下降甚至无法正常运行(naturecommunications,2022,13)。因此，开发高效的改性策略以拓宽水系锌离子电池的低温范围，对促进高性能电化学储能系统的发展和满足实际生活中不同领域(军事应用、南北极考察和太空探索)的应用具有重要意义。

3、严寒的冬天，地面上的积雪不能及时熔化，影响交通安全。人们采取在雪上撒融雪剂的方法，可以使雪在较低气温下熔化。本发明从融雪剂的角度出发，常见的融雪剂分为无机金属盐、有机盐以及有机小分子。使用氯盐融雪剂会存在很大的弊端，主要是因为氯盐类融雪剂遇水以后，会发生盐涨的现象，容易促进混凝土的冻融，对道路路基、桥梁设施以及生物植被具有很强的危害性(science ofthe total environment,2016,565)。有机融雪剂可分为甲酸钾基和醋酸钾基，具有环保、生物友好等优点。此外，氯离子与冰仅有离子相互作用，而有机阴离子与冰除了离子相互作用外还存在氢键，能更有效抑制水结冰(coldregions science and technology,2015,109)。而综上所述，为充分发挥水系电池的优势，引入绿色环保的融雪剂是提高水系低温电化学性能的绝佳选择。

技术实现思路

1、针对现有低温环境下水系电池电解液凝固导致影响电池性能的技术问题，本发明的目的在于提供一种含融雪剂的低温水系电解液，向澄清透明的融雪剂溶液中加入可溶性盐从而形成低温水系电解液，电解液在-40℃为液态，可用于低温水系电池的制备，在低温下电池具有良好的循环稳定性。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种含融雪剂的低温水系电解液，所述电解液包括溶剂、可溶性金属盐和融雪剂。

3、进一步地，所述可溶性金属盐为可溶性锌盐、可溶性钠盐或可溶性钾盐。

4、进一步地，所述可溶性锌盐为氯化锌、硫酸锌、三氟甲磺酸锌、高氯酸锌、醋酸锌、甲酸锌中的一种或多种。

5、进一步地，所述融雪剂为无机金属盐、有机金属盐、有机小分子中的一种或多种。

6、进一步地，所述无机金属盐为氯化钠、氯化镁、氯化钙、氯化钾中的一种或多种。

7、进一步地，所述有机金属盐为甲酸钾、醋酸钾、醋酸钙、醋酸镁、苯甲酸钠、苯乙酸钠中的一种或多种；所述有机小分子为尿素、蔗糖中的一种或多种。

8、进一步地，所述融雪剂与溶剂的质量比为1:0.667～9。

9、进一步地，所述电解液中可溶性盐的浓度为0.1mol l-1～2mol l-1。

10、上述的含融雪剂的低温水系电解液的制备方法，包括如下步骤：将融雪剂加入溶剂得到混合溶剂；将可溶性盐加入混合溶剂中，在室温下搅拌成澄清透明溶液，得到电解液。

11、上述的含融雪剂的低温水系电解液在水系电池中的应用。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果：

13、(1)向澄清透明的融雪剂溶液中加入可溶性盐从而形成低温水系电解液，电解液在-40℃为液态，可用于低温水系电池的制备，根据蒸气压下降原理和凝固点降低原理，使得电池能够在低温下正常工作，可以大幅改善其低温下的循环性能和稳定性；此外，此方法工艺简单、成本低廉，制备的电解液可以扩展到其他水系电池体系，有利于推动低温水系电池的大规模生产和应用；

14、(2)通过将含融雪剂的低温水系电解液引入水系锌离子电池，可以在一定程度上降低水系锌离子电池电解液的凝固点，同时此方法还可以取代溶剂化结构[zn(h2o)6]2+中水分子的位置，抑制水分子活性，实现溶剂化结构的重构，诱导锌原子均匀沉积，从而有效地阻碍锌枝晶的生成并抑制析氢反应。

1.一种含融雪剂的低温水系电解液，其特征在于，所述电解液包括溶剂、可溶性金属盐和融雪剂。

2.根据权利要求1所述的含融雪剂的低温水系电解液，其特征在于，所述可溶性金属盐为可溶性锌盐、可溶性钠盐或可溶性钾盐。

3.根据权利要求2所述的含融雪剂的低温水系电解液，其特征在于，所述可溶性锌盐为氯化锌、硫酸锌、三氟甲磺酸锌、高氯酸锌、醋酸锌、甲酸锌中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的含融雪剂的低温水系电解液，其特征在于，所述融雪剂为无机金属盐、有机金属盐、有机小分子中的一种或多种。

5.根据权利要求4所述的含融雪剂的低温水系电解液，其特征在于，所述无机金属盐为氯化钠、氯化镁、氯化钙、氯化钾中的一种或多种。

6.根据权利要求4所述的含融雪剂的低温水系电解液，其特征在于，所述有机金属盐为甲酸钾、醋酸钾、醋酸钙、醋酸镁、苯甲酸钠、苯乙酸钠中的一种或多种；所述有机小分子为尿素、蔗糖中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的含融雪剂的低温水系电解液，其特征在于，所述融雪剂与溶剂的质量比为1:0.667~9。

8.根据权利要求1所述的含融雪剂的低温水系电解液，其特征在于，所述电解液中可溶性盐的浓度为0.1 mol l-1~2 mol l-1。

9.权利要求1~8任一项所述的含融雪剂的低温水系电解液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将融雪剂加入溶剂得到混合溶剂；将可溶性盐加入混合溶剂中，在室温下搅拌成澄清透明溶液，得到电解液。

10.权利要求1~8任一项所述的含融雪剂的低温水系电解液在水系电池中的应用。