[發明專利]電解液和電池

在審

• 申請號: 201410307591.7
• 申請日: 2014-06-30
• 公開（公告）號: CN105336993A
• 公開（公告）日: 2016-02-17
• 發明（設計）人: 吳賢文;陳璞
• 申請（專利權）人: 蘇州寶時得電動工具有限公司;陳璞
• 主分類號: H01M10/38
• 分類號: H01M10/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于電化學儲能領域，具體涉及一種水系電池電解液以及利用該電解液的水系電池。

背景技術

鉛酸電池，其出現已超百年，擁有著成熟的電池技術，占據著汽車啟動電瓶、電動自行車、UPS等儲能領域的絕對市場份額。鉛酸電池雖然循環使用壽命較低，能量密度也相對較低，但卻擁有價格非常低廉，性價比非常高的優點。因此，近些年來，鎳氫電池、鋰離子電池、鈉硫電池、液流電池等，均無法在儲能領域取代鉛酸電池。

近幾年來出現一種新型水系二次電池。該二次電池的正極能夠基于第一金屬離子進行可逆的脫出-嵌入反應，負極能夠基于第二金屬離子進行可逆的還原沉積-氧化溶解反應，電解液含有參與正極脫出-嵌入反應的第一金屬離子和參與負極沉積-溶解反應的第二金屬離子。該類型電池的電解液為水溶液，不存在類似鋰離子電池中有機電解液的安全隱患，且對環境友好，成本較低，能量密度高。因此，該類型電池非常有希望成為替代鉛酸電池的下一代儲能電池，具有極大的應用價值。

該類型電池的第二金屬離子可以為鋅離子，此時負極為鋅電極，然而鋅電極在水溶液中充放電時常常伴有電極變形、枝晶、腐蝕、析氫等問題，使電池性能變差，如循環壽命短、自放電較嚴重、循環容量衰退快等,在實際使用過程中電池很快失效,不能滿足實際需求,這也是該類電池一直未獲得廣泛應用的重要原因。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種水系電解液，能夠抑制鋅電極腐蝕和析氫問題，改善水系電池的循環壽命，提高電池電性能。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案如下：一種水系電池電解液，包括電解質以及水溶液，所述電解液包括第一金屬離子和第二金屬離子，所述第一金屬離子在充放電過程中在正極能夠可逆脫出-嵌入；所述第二金屬離子在充電過程中在負極還原沉積為第二金屬，所述第二金屬在放電過程中氧化溶解為第二金屬離子；所述電解液還包括添加劑聚乙烯醇，所述電解液為液態。

優選的，所述聚乙烯醇在電解液中的濃度不大于0.5g/L。

優選的，所述電解液的pH值為3-5。

優選的，所述第一金屬離子不同于所述第二金屬離子。

優選的，所述第一金屬離子包括鋰離子、鈉離子或鎂離子。

優選的，所述第二金屬離子包括鋅離子。

優選的，所述電解液還包括硫酸根離子、氯離子、醋酸根離子、硝酸根離子，甲酸根離子和烷基磺酸根離子中的一種或幾種。

本發明還提供了一種水系電池，包括正極、負極和電解液，所述電解液為上述的電解液。

優選的，所述正極包括能夠可逆脫出-嵌入第一金屬離子的正極活性物。

本發明通過在電解液中添加有機化合物聚乙烯醇來減緩鋅電極的腐蝕、枝晶及氫氣的產生，從而增加電池的循環壽命，提高電池的電化學性能和安全性能。

附圖說明

圖1為實施例1和對比例1中電池的放電容量與循環次數的關系曲線圖。

具體實施方式

為了使本發明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

一種水系電池電解液，包括電解質以及水溶液，所述電解液包括第一金屬離子和第二金屬離子，所述第一金屬離子在充放電過程中在正極能夠可逆脫出-嵌入；所述第二金屬離子在充電過程中在負極還原沉積為第二金屬，所述第二金屬在放電過程中氧化溶解為第二金屬離子；所述電解液還包括添加劑聚乙烯醇，所述電解液為液態。

電解液包括電解質以及溶劑。其中，電解液中溶劑的目的是溶解電解質，并使電解質在溶劑中電離，最終在電解液中生成可自由移動的陽離子和陰離子。本發明中溶劑優選為水溶液。

電解液中所包括的第一金屬離子在充放電過程中在正極能夠可逆脫出-嵌入。即在電池充電時，第一金屬離子從正極活性物質中脫出，進入電解液；在電池放電時，電解液中的第一金屬離子嵌入正極活性物質中。

優選的，第一金屬離子選自鋰離子、鈉離子或鎂離子。更優選的，第一金屬離子為鋰離子。

優選的，電解液還包括第二金屬離子，第二金屬離子在充電過程中在負極還原沉積為第二金屬，在放電過程中第二金屬氧化溶解為第二金屬離子。優選的，第二金屬離子為鋅離子。

優選的，第一金屬離子不同于第二金屬離子。在一優選實施方式下，電解液中包括鋰離子和鋅離子。在充放電過程中，鋰離子在正極發生嵌入-脫出，鋅離子在負極發生沉積-溶解。