[發明專利]一種電解液及其配制方法和電池

有效

• 申請號: 201910164546.3
• 申請日: 2019-03-05
• 公開（公告）號: CN109980300B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 朱加雄;蔡小娟;趙磊
• 申請（專利權）人: 深圳市豪鵬科技有限公司
• 主分類號: H01M10/26
• 分類號: H01M10/26;H01M10/30;G01N9/00;G01N9/04;G01N31/16
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 唐致明

本發明公開了一種電解液及其配制方法和電池，該電解液的配制方法包括：先設定目標電解液的目標參數，計算出原料的設計配比；然后測定設計配比下電解液的相對飽和度；再評估所述相對飽和度并調整目標參數，重復以上操作，直至設計電解液符合目標參數要求，進而配制電解液；最后表征電解液并根據表征結果修正配比和相對飽和度。通過以上方式，在電解液設計時，量化所設計的電解液的相對飽和程度，進而評估其過飽和風險，以避免溶質意外過飽和析出而影響電池性能的問題，同時也為設計高濃度電解液提供指導；該方法提高了所設計電解液的可靠性和配制的精準性，確保使用該電解液的電池性能的穩定性。

技術領域

本發明涉及電池技術領域，具體涉及一種電解液及其配制方法。

背景技術

鎳電極作為一個電化學性能優良的可逆電極，被廣泛應用于堿性二次電池的正極，如常見的鎳氫電池、鎳鋅電池、鎳鎘電池等。隨著鎳電池的發展和市場需求變遷，高容量鎳電池和低成本鎳電池已成為重要的兩個分支。鎳電極的容量直接決定了鎳電池的容量，而鎳電極的容量＝活性物質用量×活性物質單位容量，因此提升鎳電極活性物質的單位容量，可以有效降低活性物質的用量，從而降低鎳電極成本，也降低了鎳電極需要的空間，從而可以直接降低成本和高容量鎳電池制作難度。

一般而言，鎳電極活性物質，至少包括氫氧化亞鎳、鈷的化合物、鋅的化合物、添加劑和粘結劑等幾部分組成，其中，氫氧化亞鎳是實現容量的主要成分，其余是輔助實現并延緩容量衰減的必要成分。通常，提升活性物質單位容量的方法是提升氫氧化亞鎳在混合活性物質中的占比，即降低鈷的化合物、鋅的化合物、添加劑和粘結劑的占比。當較低鈷含量時，如小于4％時，因氫氧化亞鎳的利用率低，混合活性物質的單位容量也難以提升。當較低鋅含量時，如小于3％，則鎳電極的性能會快速衰減，只能維持短暫的幾周較高的容量狀態。添加劑和粘結劑的用量占比本身就很低，調整用量對混合活性物質的單位容量影響非常小，反而會明顯造成鎳電極的性能惡化。總體而言，在調整氫氧化亞鎳占比方面，即使犧牲掉約30％～50％的循環壽命性能，能提升的混合活性物質單位容量都不太可能超過2％，往往得不償失。

另一種提升混合活性物質單位容量的方法是提升電解液有效濃度，即提升OH^-的活度，促使氫氧化亞鎳氧化的平衡進一步向高價態一側移動，即讓氫氧化亞鎳的容量得到更好的發揮，從而有效提升混合活性物質的單位容量。

鎳電池所用電解液為KOH、NaOH、LiOH、Ba(OH)₂中的一種或多種的水溶液，其中KOH、NaOH提供主要的OH^-，不同的是，K⁺的活度高，腐蝕性強，原子量大，Na⁺的活度低，但原子量小，在常規應用溫度20～50℃范圍內，KOH、NaOH的溶解度基本相當，故飽和時氫氧化鈉的濃度更高，適合配制高濃度電解液；Li⁺作為添加劑性質，促進和保持鎳電極容量發揮，意義重大，但溶解度小且成本高，不適合過高濃度的添加；Ba(OH)₂作為沉淀劑，除去因接觸空氣而產生的CO₃^2-的影響，其溶解度極小，不宜在高濃度電解液中添加。

在業內，一般倍率型鎳電池采用OH^-濃度6～8mol/L的富鉀型電解液，常規用途的鎳電池采用OH^-濃度8～9mol/L的富鈉型電解液，高容量和低成本鎳電池采用9～10mol/L的富鈉型電解液。提升OH^-的濃度對提升混合活性物質單位容量是直接而有效的。

但是設計更高濃度電解液時，如超過10mol/L，在較接近飽和的狀態下，容易因水分揮發或溫度降低而造成意外過飽和析出，因為難以把握混合溶液的飽和程度，或者為了定性地降低過飽和風險，設計濃度不敢太高。因此需要一種量化和評估非飽和溶液距離飽和狀態的程度的方法，用于指導設計電解液或評估過飽和風險。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種電解液及其配制方法和電池。