[发明专利]水系金属离子二次电池及水系电解液

说明书

本公开提供了一种水系金属离子二次电池及水系电解液，其中，水系金属离子二次电池包括正极、负极和水系电解液。其中，水系电解液包括电解质、水、有机化合物。其中，电解质包括镁盐或铝盐。有机化合物包括醚类化合物、醇类化合物中的一种或多种。有机化合物与水的质量百分比包括5～99.5％。

技术领域

本公开涉及水系二次电池技术领域，具体涉及一种水系金属离子二次电池及水系电解液。

背景技术

随着石油等化石能源的日渐消耗和环境污染问题，人们对于开发利用太阳能、风能等清洁能源愈发重视。但风能、太阳能等清洁能源存在着间歇性的问题，而不利于能源的利用。因此，实现能源的优化管理和存储显得至关重要。锂离子电池因具有能量密度高、循环寿命长等优势而在储能领域占据重要位置，但目前锂离子电池的安全和成本问题阻碍了其进一步发展。

可充电水系电池由于其高离子电导性、高安全、低成本等的优点得到了广泛关注。金属镁(Mg)、铝(Al)具有储量丰富、电极电势低、体积和质量能量密度高等优势。因此，当金属Mg、Al为负极的水系电池，能够输出更高的工作电压，突破水系电池的能量密度瓶颈，是极具发展潜力的电池体系之一。

然而，在水系Mg、Al电池体系中，高活性的自由水和金属Mg、Al的兼容性差，二者持续反应生成不连续的Mg(OH)₂、Al₂O₃钝化膜。该钝化膜或无法阻挡水对金属Mg的持续侵蚀，导致Mg(OH)₂的不断累积，电池极化电势不断增大或不传导Al³⁺，造成反应动力学缓慢。

发明内容

有鉴于此，本公开提供一种水系金属离子二次电池及水系电解液，以期至少部分地解决上述技术问题。

作为本公开的一个方面，本公开提供一种水系金属离子二次电池，包括正极、负极和水系电解液。其中，水系电解液包括电解质、水、有机化合物。其中，电解质包括镁盐或铝盐。有机化合物包括醚类化合物、醇类化合物中的一种或多种。有机化合物与水的质量百分比包括5～99.5％。

根据本公开实施例，铝盐包括硫酸铝、硝酸铝、高氯酸铝、醋酸铝、氯酸铝、三氟甲基磺酸铝中的一种或多种。

根据本公开实施例，镁盐包括硫酸镁、硝酸镁、高氯酸镁、醋酸镁、氯酸镁、三氟甲基磺酸镁中的一种或多种。

根据本公开实施例，醚类化合物包括二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚中的一种或多种。

根据本公开实施例，醇类化合物包括聚乙二醇、异丙醇中的一种或多种。

根据本公开实施例，镁盐、铝盐的摩尔浓度均包括0.01～12mol/L。

根据本公开实施例，电解质还包括钾盐、钠盐、铋盐中的一种或多种。

根据本公开实施例，钾盐、钠盐、铋盐的摩尔浓度包括0.0001～10mol/L。

根据本公开实施例，正极包括二氧化锰，负极包括金属镁或金属铝。

作为本公开的另一个方面，本公开提供一种水系电解液，包括电解质、水、有机化合物，其中，电解质包括镁盐或铝盐；有机化合物包括醚类化合物、醇类化合物中的一种或多种；有机化合物与水的质量百分比包括5～99.5％。

本公开涉及的水系金属离子二次电池，在电解液中引入的醚类、醇类化合物产生三个有益效果：

1.在负极金属表面吸附，优先分解，优化负极金属表面钝化层的成分。

2.醚类、醇类化合物与Mg²⁺或Al³⁺配位，在解配位的过程中，防止水先得到电子产生氢导致局部溶液pH值升高而生成Mg(OH)₂或Al₂O₃。