电解液和电池制造技术

本发明专利技术提供了一种电解液，所述电解液的溶剂为水，所述电解液包括第一金属离子，所述第一金属离子在充电过程中在负极还原沉积为第一金属，所述第一金属在放电过程中可逆氧化溶解为第一金属离子；所述电解液还包括添加剂胍盐，所述胍盐可以在所述电解液中电离产生胍阳离子。本发明专利技术提供的水系电解液能够减少正极和负极副反应，从而改善电池性能。本发明专利技术还提供一种包含所述电解液的水系电池。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电化学储能领域，具体涉及一种电解液以及利用该电解液的电池。
技术介绍
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。该二次电池的负极能够基于第一金属离子进行可逆的还原沉积-氧化溶解反应，正极能够基于第二金属离子进行可逆的脱出-嵌入反应，电解液含有参与负极沉积-溶解反应的第一金属离子和参与正极脱出-嵌入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。但是，目前该电池在充放电过程中，副反应较多，导致电池的自放电、浮充、倍率等性能下降。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种电解液，能够减少正极和负极的副反应，从而改善电池性能。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种电解液，所述电解液的溶剂为水，所述电解液包括能在负极可逆氧化溶解和还原沉积的第一金属离子，所述电解液还包括添加剂胍盐，所述胍盐可以在所述电解液中电离产生胍阳离子。优选地，所述胍阳离子在所述电解液中的质量百分比在0.01％-0.5％范围内。优选地，所述添加剂胍盐为盐酸胍、硝酸胍或者硫酸胍。优选地，所述第一金属离子包括锌离子、铁离子、锰离子、铬离子、铜离子和镍离子中的一种。优选地，所述电解液还包括第二金属离子，所述第二金属离子在充放电过程中在正极能够可逆脱出-嵌入。优选地，所述第二金属离子包括锂离子、钠离子或镁离子中的一种。优选地，所述电解液的pH值范围为3-7。优选地，所述电解液还包括硫酸根离子、氯离子、溴离子、醋酸根离子、硝酸根离子、碳酸根、甲酸根离子和烷基磺酸根离子中的一种或几种。本专利技术所要解决的另一个技术问题在于提供一种电池，提高电池的循环寿命，以使其更好的适用于能源设备上。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种电池，包括正极、负极和电解液，所述电解液为上述的电解液。优选地，所述正极包括能够可逆脱出-嵌入金属离子的正极活性物质。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：具有该电解液的电池能够减少正极和负极的副反应，从而能使浮充电流降低，克容量提高，倍率性能提升，发挥出更好的电池性能。附图说明图1为实施例1及对比例1提供的电池在室温下分别依次以0.2C、0.5C、1C、2C、4C、0.2C倍率进行恒流充放电5次后的倍率性能；图2为实施例1及对比例1提供的电池在1C倍率下放电容量、电池效率与循环次数关系图；图3为实施例1及对比例1提供的电池在2.1V下浮充24h的浮充电流密度；图4为实施例1及对比例1提供的电池放置24h的开路电压；图5为实施例2及对比例2提供的电池在4C倍率下放电容量、电池效率与循环次数关系图；具体实施方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术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专利技术，并不用于限定本专利技术。一种电解液，包括第一金属离子。该第一金属离子在充电过程中在负极还原沉积为第一金属，在放电过程中可逆氧化溶解为第一金属离子。电解液还包括添加剂胍盐。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。本专利技术中溶剂优选为水溶液。电解液中的第一金属离子，在充电过程中在负极能够还原沉积为第一金属，在放电过程中第一金属可逆氧化溶解为第一金属离子。即在电池充电时，电解液中的第一金属离子还原成第一金属，沉积在负极上；在电池放电时，第一金属又重新氧化成为第一金属离子并从负极上溶出，进入电解液。优选的，第一金属离子包括锌离子、铁离子、锰离子、铬离子、铜离子或镍离子中的一种。更优选的，第一金属离子为锌离子。在一优选实施方式中，电解液还包括在充放电过程中在正极能够可逆脱出-嵌入的第二金属离子。即在电池充电时，第二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，电解液中的第二金属离子嵌入正极活性物质中。优选的，第二金属离子选自锂离子、钠离子或镁离子。更优选的，第二金属离子为锂离子。在一优选实施方式中，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。在一优选实施方式中，电解液中还包括一种在电池正极发生氧化还原反应的离子。在电池充电时，电解液中的该离子被氧化；电池放电时，充电时被氧化的活性物质又被还原。优选的，该离子选自溴离子、钒离子中的至少一种。在一优选实施方式中，电解液中包括溴离子和锌离子。在充放电过程中，溴离子在正极发生氧化-还原反应，锌离子在负极发生沉积-溶解。电解液中还包括添加剂胍盐。胍盐可以在电解液中电离出胍阳离子。优选地，胍阳离子具有以下通式：胍阳离子还包括上述通式的衍生物。本专利技术通过胍阳离子减少正负极的副反应，从而提高电池的性能。电解液中加入添加剂胍盐，胍盐在电解液中电离产生胍阳离子，胍阳离子会一方面吸附在负极表面，减少金属负极的腐蚀、枝晶和产气，另一方面也可以吸附到正极表面，起到机械隔离作用，减缓了电解液对导电剂的腐蚀。通过加入胍阳离子，还抑制了电解液中水的分解，减少了气体的产生，提高了电池的安全性能。因此，电池的浮充性能、倍率性能、克容量等电化学性能得到提高。优选地，胍盐在所述电解液中的质量百分比在0.01％-0.5％范围内。在一优选实施例中，电解液添加剂胍盐为盐酸胍。优选地，盐酸胍的加入量占电解液总量的质量分数为0.2％。在一优选实施例中，电解液添加剂胍盐为硝酸胍或者硫酸胍。当然，其它如碳酸胍、甲酸胍、溴化胍等能在电解液电离出胍阳离子的化合物也是本专利技术的优选添加剂。添加剂加入电解液中的方式不限，可以是与电解质一起加入溶剂；可以是在电解质之前加入溶剂；也可以是在电解质之后加入溶剂。电解液中的阴离子，可以是任何基本不影响正负极反应、以及电解质在溶剂中溶解的阴离子。例如可以是硫酸根离子、氯离子、醋酸根离子、硝酸根离子、磷酸根离子、甲酸根离子、烷基磺酸根离子及其混合等。电解液中各离子的浓度，可以根据不同电解质、溶剂、以及电池的应用领域等不同情况而进行改变调配。优选的，在电解液中，第一金属离子的浓度为0.1～10mol/L。优选的，在电解液中，第二金属离子的浓度为0.5～15mol/L。优选的，在电解液中，阴离子的浓度为0.5～12mol/L。为了使电池性能更加优化，电解液的pH值范围为3～7。pH的范围可以通过缓冲剂来调剂。电解液的pH过高，可能会影响电解液中锌离子的浓度，电解液的pH过低，则会加剧电极材料的腐蚀。而将电解液的pH范围保持在3～7，既可以有效保证电解液中金属离子的浓度，还可以避免电极腐蚀。本专利技术还提供了一种电池，包括正极、负极和水系电解液，其中电解液为上述的电解液。在本专利技术优选实施方式下，所述第一金属离子在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电解液，所述电解液的溶剂为水，所述电解液包括第一金属离子，所述第一金属离子在充电过程中在负极还原沉积为第一金属，所述第一金属在放电过程中可逆氧化溶解为第一金属离子；其特征在于，所述电解液还包括添加剂胍盐，所述胍盐可以在所述电解液中电离产生胍阳离子。

【技术特征摘要】
1.一种电解液，所述电解液的溶剂为水，所述电解液包括第一金属离子，所述第一金属离子在充电过程中在负极还原沉积为第一金属，所述第一金属在放电过程中可逆氧化溶解为第一金属离子；其特征在于，所述电解液还包括添加剂胍盐，所述胍盐可以在所述电解液中电离产生胍阳离子。2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于：所述胍阳离子在所述电解液中的质量百分比在0.01％-0.5％范围内。3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于：所述添加剂胍盐为盐酸胍、硝酸胍或者硫酸胍。4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于：所述第一金属离子包括锌离子、铁离子、锰离子、铬离子、铜离子和镍离子中的一种。5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄俊，卢昶雨，陈璞，
申请(专利权)人：苏州宝时得电动工具有限公司，陈璞，
类型：发明
国别省市：江苏;32