電池及其電解液的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于電池領域，具體涉及一種基于內(nèi)部離子交換的電池。
[0002] 本發(fā)明還涉及基于內(nèi)部離子交換的電池的電解液。
【背景技術】
[0003]鉛酸電池，其出現(xiàn)已超百年，擁有著成熟的電池技術，占據(jù)著汽車啟動電瓶、電動 自行車、UPS等儲能領域的絕對市場份額。鉛酸電池雖然循環(huán)使用壽命較低，能量密度也相 對較低，但卻擁有價格非常低廉，性價比非常高的優(yōu)點。因此，近些年來，鎳氫電池、鋰離子 電池、鈉硫電池等，均無法在儲能領域取代鉛酸電池。
[0004]新出現(xiàn)了一種基于內(nèi)部離子交換的電池。該電池的工作原理為，正極基于第一金 屬離子的脫出-嵌入反應，負極基于第二金屬離子的沉積-溶解反應，電解液含參與正極脫 出-嵌入反應的第一金屬離子和參與負極沉積-溶解反應的第二金屬離子。該類型電池的 理論能量密度為160Wh/Kg，預計實際能量密度可達50~80Wh/Kg。綜上所述，該類型電池 非常有希望成為替代鉛酸電池的下一代儲能電池，具有極大的商業(yè)價值。
[0005]但是，目前該電池在使用一段時間后，電池內(nèi)部會產(chǎn)生大量氣體，易造成電池發(fā) 鼓，導致電池使用存在安全隱患；同時由于氣體的產(chǎn)生，還會導致電池性能迅速惡化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種電解液，在離子交換電池使用時抑制產(chǎn)生 大量氣體。
[0007]本發(fā)明提供了一種電解液，其包括電解質(zhì)以及溶解電解質(zhì)并使所述電解質(zhì)電離的 溶劑；所述電解質(zhì)包括第一金屬離子和第二金屬離子；所述第一金屬離子在充放電過程中 在電池正極能夠可逆脫出-嵌入；所述第二金屬離子在充電過程中在電池負極還原沉積為 第二金屬，所述第二金屬在放電過程中氧化溶解為第二金屬離子；所述電解液還包括添加 劑，所述添加劑包括硼的含氧酸根離子化合物。
[0008]優(yōu)選地，所述硼的含氧酸根離子化合物選自硼酸、硼酸鹽和過硼酸鹽中的一種或 幾種。
[0009]優(yōu)選地，所述硼的含氧酸根離子化合物占電解液的質(zhì)量百分含量為0. 01%~2%。
[0010] 優(yōu)選地，所述電解質(zhì)還包括硫酸根離子、氯離子、醋酸根離子、硝酸根離子和烷基 磺酸根離子中的一種或幾種。
[0011] 優(yōu)選地，所述第一金屬離子選自鋰離子或鈉離子。
[0012] 優(yōu)選地，所述第二金屬離子選自錳離子、鐵離子、銅離子、鋅離子、鉻離子、鎳離子、 錫離子或鉛離子。
[0013] 優(yōu)選地，所述電解液的pH為3~7。
[0014]優(yōu)選地，所述溶劑為水或醇。
[0015]本發(fā)明還提供了一種電池，其包括正極、負極、及電解液，所述正極包括能夠可逆 脫出-嵌入第一金屬離子的正極活性物質(zhì)；所述電解液為本發(fā)明提供的電解液。
[0016] 優(yōu)選地，所述正極活性物質(zhì)選自1^1111204、1^?#04和LiC〇02中的一種或幾種。 [0017] 優(yōu)選地，所述電池還包括位于正極和負極之間的隔膜。
[0018] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的電解液中添加了硼的含氧酸根離子化合物，有效抑制 了氣體的產(chǎn)生，從而避免了電池發(fā)鼓，增強了電池的安全性能，同時也有效抑制了電池性能 衰減。
【具體實施方式】
[0019] 為了使本發(fā)明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合 實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋 本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0020] 一種電解液，其包括電解質(zhì)以及溶解電解質(zhì)并使所述電解質(zhì)電離的溶劑；所述電 解質(zhì)包括第一金屬離子和第二金屬離子；所述第一金屬離子在充放電過程中在電池正極能 夠可逆脫出-嵌入；所述第二金屬離子在充電過程中在電池負極還原沉積為第二金屬，所 述第二金屬在放電過程中氧化溶解為第二金屬離子；所述電解液還包括添加劑，所述添加 劑包括硼的含氧酸根離子化合物。
[0021] 本發(fā)明的硼的含氧酸根離子化合物，是指化合物中含有硼原子和氧原子配位形成 的酸根離子。例如含原硼酸根離子的化合物、含偏硼酸根離子的化合物、含多硼酸根離子的 化合物、含過硼酸根離子的化合物。
[0022] 優(yōu)選地，硼的含氧酸根離子化合物選自硼酸、硼酸鹽和過硼酸鹽中的一種或幾種。
[0023] 其中，硼酸包括但不限于原硼酸、偏硼酸或多硼酸。
[0024] 硼酸鹽包括但不限于原硼酸鹽、偏硼酸鹽或多硼酸鹽。優(yōu)選地，硼酸鹽選自硼酸 鈉、偏硼酸鈉、偏硼酸鎂、偏硼酸鈣或偏硼酸鋇的一種或幾種。
[0025] 過硼酸鹽包括但不限于過硼酸鈉、過硼酸鋰、過硼酸銣、過硼酸鉀、過硼酸銫、過硼 酸鈣或過硼酸鋇。
[0026] 更優(yōu)選地，添加劑選自硼酸和硼酸鹽。硼酸和硼酸鹽可以組合形成酸堿緩沖溶液， 可以更好的穩(wěn)定電池電解液的pH值，提高電池的穩(wěn)定性。
[0027] 在電解液中，以電解液的總重量為基準，硼的含氧酸根離子化合物的質(zhì)量百分含 量優(yōu)選為〇. 01%~2%。
[0028] 添加劑加入電解液中的方式，可以是電解質(zhì)溶解時（即與電解質(zhì)一起加入)、或電 解質(zhì)溶解之前、亦或電解質(zhì)溶解之后，將硼的含氧酸根離子化合物加入到溶劑中。
[0029] 其中，電解液中溶劑的目的是溶解電解質(zhì)，并使電解質(zhì)在溶劑中電離，最終在電解 液中生成可自由移動的陽離子和陰離子。
[0030] 所述溶劑為水或醇；其中醇包括但不限于甲醇或乙醇。
[0031] 其中，電解質(zhì)中的第一金屬離子，在充放電過程中在正極能夠可逆脫出-嵌入。即 在電池放電時，電解液中的第一金屬離子嵌入正極活性物質(zhì)中；在電池充電時，第一金屬離 子從正極活性物質(zhì)中脫出，進入電解液。
[0032] 優(yōu)選地，第一金屬離子選自鋰離子或鈉離子，更優(yōu)選為鋰離子。
[0033] 其中，電解質(zhì)中的第二金屬離子，第二金屬離子在充電過程中在所述負極還原沉 積為第二金屬，所述第二金屬在放電過程中氧化溶解為第二金屬離子；即在充放電過程中 在負極能夠還原沉積為第二金屬且第二金屬能可逆氧化溶解。
[0034] 優(yōu)選地，第二金屬離子選自錳離子、鐵離子、銅離子、鋅離子、鉻離子、鎳離子、錫離 子或鉛離子；更優(yōu)選為鋅離子。
[0035] 在一優(yōu)選實施例下，本發(fā)明的第一金屬離子選自鋰離子，同時第二金屬離子選自 鋅離子，即電解質(zhì)中陽離子為鋰離子和鋅離子。
[0036] 電解質(zhì)中陰離子，可以是基本不影響正負極反應、以及電解質(zhì)在溶劑中的溶解的 任何陰離子。例如可以是硫酸根離子、氯離子、硝酸根離子、醋酸根離子、甲酸根離子、磷酸 根離子及其混合等。
[0037] 在一優(yōu)選實施方式下，電解質(zhì)中陰離子包括硫酸根離子、氯離子、醋酸根離子和硝 酸根離子中的一種或幾種。
[0038] 優(yōu)選地，電解質(zhì)中的陰離子包括烷基磺酸根離子。
[0039] 烷基磺酸根離子包含但不限于脂肪族磺酸根離子，且不限于在脂肪族基團上帶有 官能團或者取代基。優(yōu)選符合以下通式：
[0040] R-SCV 或 Y-R，-SCV
[0041] 在上述通式中，Y指取代基，例如-F、-〇H等。
[0042] 在上述通式中，R可以是支化或未支化的脂肪基；可以是1~12個碳原子的脂肪 基，優(yōu)選為1~6個碳原子的脂肪基，特別優(yōu)選甲基、乙基和正丙基。
[0043] 在上述通式中，R'可以是支化或未支化的脂肪基；可以是2~12個碳原子的脂肪 基，優(yōu)選為2~6個碳原子的脂肪基，更優(yōu)選為未支化、含2~6個碳原子的脂肪基；更優(yōu)選 地，取代基與磺酸基不連接在同一碳原子上。
[0044] 特別優(yōu)選地，烷基磺酸根離子為甲基磺酸根離子，即R為甲基。
[0045] 電解液中采用甲基磺酸根離子，可以進一步增強第一金屬離子和第二金屬離子的 溶解度，且其成本相對其他烷基磺酸鹽較低。
[0046] 優(yōu)選地，電解質(zhì)中的陰離子只含烷基磺酸根離子，不含其它陰離子。即電解質(zhì)全部 由烷基磺酸鹽組成。這樣電解液的低溫性能更加優(yōu)異，第一金屬離子和第二金屬離子在電 解液中的濃度更高。
[0047] 更加優(yōu)選地，電解質(zhì)為烷基磺酸鋅和烷基磺酸鋰。
[0048] 當然，電解質(zhì)中的陰離子除了