[发明专利]一种低溶解氧的水系电解液、其制备方法以及水系离子电池

说明书

本发明提出了一种低溶解氧的水系电解液、其制备方法以及含有该电解液的水系离子电池。所述水系电解液中含有具有化学还原性的除氧增效剂，所述除氧增效剂包括电解质盐、羟胺类化合物、苯酚类化合物中的一种或多种。所述除氧增效剂可以与电解液中的游离氧发生氧化还原反应，从而实现降低电解液游离氧气含量的效果，还可调节电解液pH值，抑制析氢副反应并保护电极。所述水系电解液可应用于水系锂离子电池、水系钠离子电池、水系锌离子电池等。

技术领域

本发明涉及二次电池技术领域，具体涉及一种低溶解氧的水系电解液、其制备方法以及含有该电解液的水系离子电池。

背景技术

水系电池是一类以中性盐的水溶液作为电解液的电池体系。水系电池循环寿命高、环境友好、离子导电率高、不可燃，适用于储能设备尤其是大规模电能储存设备。随着近年来人们对动力电池安全性、环保性要求的提高，水系电池也得到了更多的关注。水系电池所使用的水溶液电解质相比于有机电解液具有无毒无害、不可燃、成本低和对生产环境要求低等优点，且离子电导率可比有机电解液高两个数量级，极大改善了电池的倍率和快充性能，具有良好的发展前景。

然而，由于水系离子电池的电解液的配置过程是在空气环境中完成的，不可避免地存在部分氧气溶解进入电解液中的情况，而电解液中的溶解氧气会对水系电池产生不良影响。以Zn/Zn对称电池为例，在氧气存在的情况下，锌阳极腐蚀加剧，使电池寿命大幅缩短，因此在配置水系电解液时必须进行除氧。现有的水系电解液除氧方法包括持续通氮气法、抽真空法、加热法等，这些除氧方法操作较为复杂，且对生产过程带来了高能耗。因此，有必要对现有的除氧方法进行改进。

此外，目前影响水系电池循环性能的主要因素还在于电极材料在电解液中的溶解，尤其在氧气环境中，循环性能更差。此外，水系电池电解液中质子活性大，应用过程中会发生析氢氧化反应，所以水系电池电解液的电化学窗口会受到较为明显的限制。因此，针对水系电解液进行改进，提供一种低溶解氧、抑制析氢副反应且对电极具有保护效果的水系电解液是提升水系电池各项性能的关键。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提出了一种低溶解氧的水系电解液。所述电解液中含有具有化学还原性的除氧增效剂，该除氧增效剂可以与电解液中的游离氧发生氧化还原反应，从而实现降低电解液游离氧气含量的效果，同时，还可调节电解液pH值，抑制析氢副反应并保护电极，具有多重效果。其克服了背景技术中的不足。

本发明的发明目的是通过以下方案实现的：

一种水系电解液，包括溶剂、溶质和除氧增效剂；所述除氧增效剂包括一种或多种具有还原性的化合物，常温下可与所述电解液中的游离氧反应并被氧化。此处的常温一般指5℃~40℃。

进一步地，所述除氧增效剂包括一种或多种具有还原性的化合物。

进一步地，所述除氧增效剂包括电解质盐、羟胺类化合物、苯酚类化合物中的一种或多种。

进一步地，所述电解质盐包括亚硫酸盐、亚硫酸氢盐、亚硝酸盐和次亚磷酸盐的水溶性盐，其阳离子包括锂离子、钠离子、钾离子、铵根离子、锌离子、镁离子；所述羟胺类化合物包括二乙基羟胺、N-异丙基羟胺、N-叔丁基羟胺、N-苄基羟胺；所述苯酚类化合物包括苯酚以及苯酚环上的至少一个C上连接有取代基的苯酚衍生物，所述取代基包括甲基、乙基、甲氧基、乙氧基、氨基、硝基。具体地，所述苯酚类化合物可为苯酚、对二甲苯酚。

以上除氧增效剂的共同特征之一在于具有化学还原性质，在常温下能被氧气所氧化，因此能在常温下与电解液中的游离氧发生化学反应，达到去除电解液中游离氧气的作用效果；以上物质的共同特征之二在于不会对电池的电化学性能产生不良影响，除氧增效剂与其被氧化后的产物的存在于电解液中时均不会劣化正电极和负电极的充放电性能。