[发明专利]一种水系电池

说明书

本发明公开了一种水系电池，包括正极、负极和水系电解液，该水系电解液包括重水和盐。本发明采用由重水和盐组成的特殊水系电解液，不仅拓宽了电解液的电化学窗口，有利于使用高电压的电极材料，从而提高电池的能量密度；同时，在该水系电解液中，电极材料的稳定性提高，从而可提高水系电池的循环寿命。

技术领域

本发明涉及储能电池的技术领域，尤其涉及一种水系电池。

背景技术

随着对日益严重的能源、环境问题的考虑，开发太阳能、风能、潮汐能等清洁、可再生能源迫在眉睫。而这类清洁、可再生能源受时间、气候的影响较大，具有不稳定、不连续、不可控等缺点。要提高这类清洁能源的使用效率，需要高性能的储能电池，其中廉价、安全性是重要指标。

水系电池由于廉价、安全、环保受到广泛兴趣，但其采用的水系电解质由于电化学窗口较窄，不利于使用高电压电极材料，影响电池的能量密度。另外，电极材料在水溶液中不稳定，特别是当电池充电至高电压下，不利于循环寿命的提高。因此，如何提高水系电池的电化学窗口、提高电材料在水溶液中的稳定性是这一领域面临的问题。

现有的方法，如使用高浓度盐、使用电解液添加剂可以一定程度上提高水系电池的电化学窗口、提高材料在水溶液中稳定性，但往往面临成本高，降低离子扩散速率的问题。

鉴于此，需要开发一种简单、廉价的既能拓宽水系电池电化学窗口、又能提高电极材料稳定性的方法。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明公开了一种水系电池，采用由重水和盐组成的特殊水系电解液，不仅拓宽了电解液的电化学窗口，有利于使用高电压的电极材料，从而提高电池的能量密度；同时，在该水系电解液中，电极材料的稳定性提高，从而可提高水系电池的循环寿命。

具体技术方案如下：

一种水系电池，包括正极、负极和水系电解液，所述水系电解液包括重水和盐。

本发明中首次提出将重水作为水系电解液的溶剂，经试验发现，该水系电解液具有较高的电化学窗口，有利于使用高电压的电极材料，从而提高电池的能量密度。

所述盐，阳离子含有Li⁺、Na⁺、K⁺、NH₄⁺、Ca²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺、Mg²⁺、Al³⁺中的一种或多种；阴离子含有NO₃^-、SO₄^2-、Cl^-、ClO₄^-、(CF₃SO₂)₂N^-、CF₃SO₃^-、(SO₂F)₂N^-中的一种或多种；

优选的，所述盐，阴离子选自含氟的阴离子，如(CF₃SO₂)₂N^-、CF₃SO₃^-、(SO₂F)₂N^-中的一种或多种，上述阴离子具有溶解性好，稳定剂佳的优点，但价格高昂，若要达到拓宽电解液的电化学窗口的效果，其添加量需要达到21mol/kg，将导致生产成本的大幅增加。

优选的，所述水系电解液中盐的浓度，以阳离子计，为0.5～2mol/kg。