[发明专利]电池

说明书

技术领域

本发明属于电池领域，具体涉及一种基于内部离子交换的电池。

背景技术

铅酸电池，其出现已超百年，拥有着成熟的电池技术，占据着汽车启动电瓶、电动自行车、UPS等储能领域的绝对市场份额。铅酸电池虽然循环使用寿命较低，能量密度也相对较低，但却拥有价格非常低廉，性价比非常高的优点。因此，近些年来，镍氢电池、锂离子电池、钠硫电池等，均无法在储能领域取代铅酸电池。

新出现了一种基于内部离子交换的电池。该电池的工作原理为，正极基于第一金属离子的脱出-嵌入反应，负极基于第二金属离子的沉积-溶解反应，电解液含参与正极脱出-嵌入反应的第一金属离子和参与负极沉积-溶解反应的第二金属离子。该类型电池的理论能量密度为160Wh/Kg，预计实际能量密度可达50～80Wh/Kg。综上所述，该类型电池非常有希望成为替代铅酸电池的下一代储能电池，具有极大的商业价值。

但是，目前该电池在使用一段时间后，电池容量衰减快，电池循环性能差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够提升循环性能的离子交换电池。

本发明提供了一种电池，所述电池包括正极、负极、及电解液，所述正极包括能够可逆脱出-嵌入第一金属离子的正极活性物质；所述电解液包括至少一种能够溶解电解质并使所述电解质电离的溶剂；所述电解质包括第一金属离子和第二金属离子；所述第二金属离子在充电过程中在所述负极还原沉积为第二金属，所述第二金属在放电过程中氧化溶解为第二金属离子；所述电解液还包括导电增强剂和添加剂，所述导电增强剂选自硫酸钾和/或硫酸铵；所述添加剂选自烷基硫酸盐。

优选地，所述导电增强剂在电解液中的浓度为0.07～0.23mol/L。

优选地，所述烷基硫酸盐选自十二烷基硫酸盐。

更优选地，所述十二烷基硫酸盐选自十二烷基硫酸钠。

优选地，所述烷基硫酸盐在电解液中的浓度为7×10^-6～1.1×10^-5mol/L。

优选地，所述导电增强剂和烷基硫酸盐的摩尔比为8000：1～30000：1。

优选地，所述第一金属离子选自锂离子、钠离子或镁离子。

优选地，所述第一金属离子在电解液中的浓度为0.1～10mol/L。

优选地，所述第二金属离子选自锰离子、铁离子、铜离子、锌离子、铬离子、镍离子、锡离子或铅离子。

优选地，所述第二金属离子在电解液中的浓度为0.5～15mol/L。

优选地，所述电解质中的阴离子包括硫酸根离子、氯离子、醋酸根离子、硝酸根离子和烷基磺酸根离子中的一种或几种。

优选地，所述溶剂为水或醇。

优选地，所述电池还包括位于正极和负极之间的隔膜。

与现有技术相比，本发明的电池的电解液中含有导电增强剂和添加剂烷基硫酸盐，通过导电增强剂和烷基硫酸盐的共同作用，从而有效提高电池的循环性能。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种电池，所述电池包括正极、负极、及电解液，所述正极包括能够可逆脱出-嵌入第一金属离子的正极活性物质；所述电解液包括至少一种能够溶解电解质并使所述电解质电离的溶剂；所述电解质包括第一金属离子和第二金属离子；所述第二金属离子在充电过程中在所述负极还原沉积为第二金属，所述第二金属在放电过程中氧化溶解为第二金属离子；所述电解液还包括导电增强剂和添加剂，所述导电增强剂选自硫酸钾和/或硫酸铵；所述添加剂选自烷基硫酸盐。

本发明电池的充放电原理为：充电时，正极活性物质脱出第一金属离子，同时伴随正极活性物质被氧化，并放出电子；电子经由外电路到达电池负极，同时电解液中的第二金属离子在负极上得到电子被还原，并沉积在负极上。放电时，沉积在负极上的第二金属被氧化，失去电子转变为第二金属离子进入电解液中；电子经外电路到达正极，正极活性物质接受电子被还原，同时第一金属离子嵌入正极活性物质中。

其中，电解液中溶剂的目的是溶解电解质，并使电解质在溶剂中电离，最终在电解液中生成可自由移动的阳离子和阴离子。

溶剂优选为水和/或醇。其中醇包括但不限于甲醇或乙醇。