[發明專利]電解液、電池和電池組

在審

• 申請號: 201710243015.4
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN107302107A
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發明（設計）人: 劉洋;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: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種用于電池的電解液，以及利用該電解液的電池。

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金屬離子進行可逆的脫出-嵌入反應，負極能夠基于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-嵌入反應的金屬離子和參與負極沉積-溶解反應的金屬離子。

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。

該類型電池的參與負極沉積-溶解反應的金屬離子可以為鋅離子，此時負極活性物質為金屬鋅，然而這類負極活性物質在水溶液中充放電時存在枝晶、腐蝕、析氫等問題，從而使電池的循環性能、充放電容量受到影響。因此，現有技術需要進一步改善。

發明內容

雖然已經嘗試了多種電解液的添加劑，但是對于現有的電池來說，目前的添加劑仍然存在無法充分地解決負極活性物質在水系溶液中的枝晶、腐蝕、析氫等問題。

鑒于現有技術中存在的技術問題，本發明的目的是提供一種能夠用于電池的電解液，該電解液可以有效地抑制負極，尤其是鋅負極的枝晶、腐蝕、析氫等問題。

本發明提供一種電池用電解液，所述電解液包括充放電過程中在負極能夠還原沉積為金屬且該金屬能可逆氧化溶解的負極金屬離子；參與電池正極反應的正極離子；以及添加劑離子，所述添加劑離子選自Na、Mg、Al、NH₄⁺、Ni、Co、Ce、Fe、Pb或Mn離子中的至少一種，并且所述添加劑離子不同于負極金屬離子和正極離子。

優選的，添加劑離子在電解液中的濃度為0.001M～8M。

優選的，添加劑離子Mg離子在電解液中的濃度為0.001M～0.5M。

優選的，添加劑離子Ce、Fe、Mn、Pb和/或Co離子在電解液中的濃度為0.1M～8M。

優選的，所述負極金屬離子為鋅離子。

優選的，所述正極離子選自鋰離子、鈉離子或者鎂離子。

優選的，所述負極金屬離子為鋅離子，所述正極離子為溴離子或釩離子。

優選的，所述電解液的pH為2～8。

優選的，所述電解液還包括溶劑，所述溶劑為水和/或醇。

本發明還一種電池，所述電池包括：正極、負極以及所述的電解液。

本發明還提供一種電池組，包括若干個電池，電池如前所述。

根據本發明，電池的循環性能、充放電容量獲得了進一步的提升，此外，使用了本發明的電解液的電池，具有良好的容量保持率，放電電容損失低，并且能夠實現深度放電。

通過在電解液中添加給定的添加劑離子或者添加給定濃度的給定添加劑離子，采用這種新的電解液可以有效地抑制負極(例如鋅負極)的枝晶、腐蝕、析氫等問題，從而獲得電池循環性能，充放電容量得到提高，并意外地發現能夠實現電池的深度放電。

附圖說明

圖1-3是電池B1、B3和B4的充放電循環性能圖；

圖4是電池B5在0.2C倍率下的充放電曲線；

圖5是電池B5在0.2C倍率下在0.5～2.1V電壓區間內的充放電曲線；

圖6是電池B5在3C倍率下的充放電循環性能圖；

圖7是電池S1在3C倍率下的充放電循環性能圖。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本發明進行詳細的說明。

在一個方面中，本發明提供一種電解液，其包括電解質和溶劑；其中所述電解質包括：充放電過程中在負極能夠還原沉積為金屬且該金屬能可逆氧化溶解的負極金屬離子；參與正極反應的正極離子；以及添加劑離子，所述添加劑離子選自Na、Mg、Al、NH₄⁺、Ni、Co、Ce、Fe、Pb或Mn離子中的至少一種，并且所述添加劑離子不同于上述負極金屬離子和正極離子。

在一個方面中，本發明的添加劑離子在電解液中的濃度為0.001M～8M(mol/L)。