[发明专利]电解液和电池

说明书

技术领域

本发明属于电化学储能领域，具体涉及一种水系电池电解液以及利用该电解液的水系电池。

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、液流电池等，均无法在储能领域取代铅酸电池。

近几年来出现一种新型水系二次电池。该二次电池的正极能够基于第一金属离子进行可逆的脱出-嵌入反应，负极能够基于第二金属离子进行可逆的还原沉积-氧化溶解反应，电解液含有参与正极脱出-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。该类型电池的电解液为水溶液，不存在类似锂离子电池中有机电解液的安全隐患，且对环境友好，成本较低，能量密度高。因此，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，具有极大的应用价值。

该类型电池的第二金属离子可以为锌离子，此时负极为锌电极，然而锌电极在水溶液中充放电时常常伴有电极变形、枝晶、腐蚀、析氢等问题，使电池性能变差，如循环寿命短、自放电较严重、循环容量衰退快等,在实际使用过程中电池很快失效,不能满足实际需求,这也是该类电池一直未获得广泛应用的重要原因。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种水系电解液，能够抑制锌电极腐蚀和析氢问题，改善水系电池的循环寿命，提高电池电性能。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：一种水系电池电解液，包括电解质以及水溶液，所述电解液包括第一金属离子和第二金属离子，所述第一金属离子在充放电过程中在正极能够可逆脱出-嵌入；所述第二金属离子在充电过程中在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；所述电解液还包括添加剂聚乙烯醇，所述电解液为液态。

优选的，所述聚乙烯醇在电解液中的浓度不大于0.5g/L。

优选的，所述电解液的pH值为3-5。

优选的，所述第一金属离子不同于所述第二金属离子。

优选的，所述第一金属离子包括锂离子、钠离子或镁离子。

优选的，所述第二金属离子包括锌离子。

优选的，所述电解液还包括硫酸根离子、氯离子、醋酸根离子、硝酸根离子，甲酸根离子和烷基磺酸根离子中的一种或几种。

本发明还提供了一种水系电池，包括正极、负极和电解液，所述电解液为上述的电解液。

优选的，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。

本发明通过在电解液中添加有机化合物聚乙烯醇来减缓锌电极的腐蚀、枝晶及氢气的产生，从而增加电池的循环寿命，提高电池的电化学性能和安全性能。

附图说明

图1为实施例1和对比例1中电池的放电容量与循环次数的关系曲线图。

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。

一种水系电池电解液，包括电解质以及水溶液，所述电解液包括第一金属离子和第二金属离子，所述第一金属离子在充放电过程中在正极能够可逆脱出-嵌入；所述第二金属离子在充电过程中在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；所述电解液还包括添加剂聚乙烯醇，所述电解液为液态。

电解液包括电解质以及溶剂。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。本发明中溶剂优选为水溶液。

电解液中所包括的第一金属离子在充放电过程中在正极能够可逆脱出-嵌入。即在电池充电时，第一金属离子从正极活性物质中脱出，进入电解液；在电池放电时，电解液中的第一金属离子嵌入正极活性物质中。

优选的，第一金属离子选自锂离子、钠离子或镁离子。更优选的，第一金属离子为锂离子。

优选的，电解液还包括第二金属离子，第二金属离子在充电过程中在负极还原沉积为第二金属，在放电过程中第二金属氧化溶解为第二金属离子。优选的，第二金属离子为锌离子。

优选的，第一金属离子不同于第二金属离子。在一优选实施方式下，电解液中包括锂离子和锌离子。在充放电过程中，锂离子在正极发生嵌入-脱出，锌离子在负极发生沉积-溶解。