一种水系电解液及水系金属离子电池制造技术

本发明专利技术提供了一种水系电解液，包括：聚乙二醇、水和无机盐。本发明专利技术在以无机盐为电解质的水系电解液中添加了聚乙二醇，增加了电解液中材料的稳定性，所构成的水系电解液具有稳定的电极/电解质界面，同时，还可以较大程度抑制电极反应过程中析氢/析氧副反应的发生，具有良好的导电效果，获得了较高的容量保持率和库伦效率。实验结果表明，将本发明专利技术提供的水系电解液制成水系金属离子电池，2C(I＝1.091mA)下进行充放电，循环200次后，水系金属离子电池的容量保持率不低于95.24％，库伦效率不低于94.23％。

A water electrolyte and a water system metal ion battery

The present invention provides a water system electrolyte comprising polyethylene glycol, water and inorganic salts. The present invention in using inorganic salt as electrolyte in aqueous electrolyte added polyethylene glycol, increase the stability of electrolyte materials, aqueous electrolyte which has stable electrode / electrolyte interface, at the same time, also can greatly inhibit the occurrence of hydrogen / oxygen evolution electrode side reaction in the reaction process, good conduction effect. To obtain a higher capacity retention rate and efficiency in Kulun. The experimental results show that the aqueous electrolyte provided by the invention is made of aqueous metal ion battery, 2C (I = 1.091mA) for charge and discharge, after 200 cycles, the capacity retention of aqueous metal ion battery rate of not less than 95.24% of Kulun efficiency is not lower than 94.23%.

【技术实现步骤摘要】
一种水系电解液及水系金属离子电池
本专利技术涉及水系金属离子电池
，尤其涉及一种水系电解液及水系金属离子电池。
技术介绍
随着人们对能源需求的日益增长、石油等不可再生能源的不断消耗以及环境污染的日益加剧，发展可再生能源如太阳能、风能、潮汐能势在必行。二次电池因其高能量密度、长循环寿命、高电压等特性而成为研究热点。然而传统的二次电池(如铅酸蓄电池、镍氢电池)采用有机电解液，电池存在易燃、有毒、制作成本高、组装条件要求严格等缺点，容易造成环境污染，不利于环境的可持续发展。而采用水系电解液代替有机电解液可以有效地解决上述问题，且应用前景广阔。然而，由于水本身分解电压低(1.23V)，导致其能量密度降低，同时考虑到氢氧析出的过电位，其稳定的工作电压很难超过2.0V，所以水系金属离子电池的工作电压普遍低于2.0V，且较难提高。除此之外，与有机电解质相比，水系金属离子电池电极材料在水系电解质溶液中的电极反应极为复杂，而且随着析氢析氧等副反应的发生，电解液的pH不断发生变化，因而，水系锂离子电池的容量在充放电循环过程中衰减很快。尽管已经有很多水系锂离子电池被报道，比如有VO2/LiMn2O4、LiV3O8/LiNi0.81Co0.19O2、TiP2O7/LiMn2O4、LiTi2(PO4)3/LiMn2O4、LiV3O8/LiCoO2和LiTi2(PO4)3/LiFePO4等，但是这些电池普遍都存在容量衰减快，材料易分解等缺陷。解决上述问题的方法之一就是改善电解液的性能。2015年，马里兰大学的Wang研究组提出采用“water-in-salt”概念，即：采用超高浓度LiTFSI水溶液(>20M)做电解液，以Mo6S8为负极，LiMn2O4为正极，构建了充电电压高达2.3V的水系锂离子电池。2012年，Watanabe研究组提出了“MolecularSolvents”概念，为发展新的新型水系电解液提供了新思路。虽然上述电解液都实现了高电压，但是普遍还存在材料溶解、以及容量保持率或库伦效率低的情况。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种水系电解液及水系金属离子电池，这种水系电解液具有良好的导电效果，容量保持率和库伦效率均较高。本专利技术提供了一种水系电解液，包括：聚乙二醇、水和无机盐。优选的，所述聚乙二醇、水和无机盐的质量比为1～10：1～10：2～14。优选的，所述聚乙二醇、水和无机盐的质量比为3～7：4～7：5～12。优选的，所述聚乙二醇为聚乙二醇400、聚乙二醇200或聚乙二醇300。优选的，所述无机盐包括钠盐、锂盐和钾盐中的一种或几种。优选的，所述无机盐选自NaClO4、LiClO4、KNO3、NaNO3和NaH2PO4中的一种或几种；优选的，所述NaClO4、LiClO4、KNO3、NaNO3和NaH2PO4的质量比为0～12：0～8：0～3：0～8：0～6。本专利技术还提供了一种水系金属离子电池，包括正极、负极和水系电解液，所述水系电解液包括：聚乙二醇、水和无机盐。本专利技术提供了一种水系电解液，包括：聚乙二醇、水和无机盐。本专利技术在以无机盐为电解质的水系电解液中添加了聚乙二醇，增加了电解液中材料的稳定性，所构成的水系电解液具有稳定的电极/电解质界面，同时，还可以较大程度抑制电极反应过程中析氢/析氧副反应的发生，具有良好的导电效果，获得了较高的容量保持率和库伦效率。实验结果表明，将本专利技术提供的水系电解液制成水系金属离子电池，2C(I＝1.091mA)下进行充放电，循环200次后，水系金属离子电池的容量保持率不低于95.24％，库伦效率不低于94.23％。附图说明图1为本专利技术实施例4第1组无机盐制备的水系电解液循环50次后的情况图以及比较例1第1组无机盐制备的水系电解液循环50次后的情况图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种水系电解液，包括：聚乙二醇、水和无机盐。本专利技术在以无机盐为电解质的水系电解液中添加了聚乙二醇，增加了电解液中材料的稳定性，所构成的水系电解液具有稳定的电极/电解质界面，同时，还可以较大程度抑制电极反应过程中析氢/析氧副反应的发生，具有良好的导电效果，获得了较高的容量保持率和库伦效率。在本专利技术中，所述聚乙二醇优选为聚乙二醇400(PEG400)、聚乙二醇200(PEG200)或聚乙二醇300(PEG300)。为了降低水中杂质离子对电解液电化学性质的影响，所述水优选为去离子水。所述无机盐优选为钠盐、锂盐和钾盐中的一种或几种。更优选为选自NaClO4、LiClO4、KNO3、NaNO3和NaH2PO4中的一种或几种。所述NaClO4、LiClO4、KNO3、NaNO3和NaH2PO4的质量比优选为0～12：0～8：0～3：0～8：0～6，且不包括同时为0的情况。在本专利技术的某些实施例中，所述无机盐为NaClO4；在本专利技术的某些实施例中，所述无机盐为LiClO4、KNO3和NaNO3，所述LiClO4、KNO3和NaNO3的质量比为7：2：5；在本专利技术的某些实施例中，所述无机盐为NaClO4、LiClO4和KNO3，所述NaClO4、LiClO4和KNO3的质量比为6：6：2；在本专利技术的某些实施例中，所述无机盐为KNO3、NaNO3和NaH2PO4，所述KNO3、NaNO3和NaH2PO4的质量比为4：7：3；在本专利技术的某些实施例中，所述无机盐为KNO3和NaNO3，所述KNO3、NaNO3和NaH2PO4的质量比为1：1；在本专利技术的某些实施例中，所述无机盐为NaClO4、LiClO4、KNO3、NaNO3和NaH2PO4，所述NaClO4、LiClO4、KNO3、NaNO3和NaH2PO4的质量比为7：2：2：2：1；在本专利技术的某些实施例中，所述无机盐为NaClO4、LiClO4、KNO3和NaH2PO4，所述NaClO4、LiClO4、KNO3和NaH2PO4的质量比为7：3：4：1。本专利技术进一步采用特定的无机盐作为电解质，可抑制材料在水系电解液中的分解，从而对获得较高的容量保持率和库伦效率起到了促进作用。在本专利技术中，所述聚乙二醇、水和无机盐的质量比优选为1～10：1～10：2～14；更优选为3～7：4～7：11～14。在本专利技术的某些实施例中，所述聚乙二醇、水和无机盐的质量比为7：6：14、3：4：5、7：7：12或10：10：20。本专利技术对所述水系电解液的配制方法没有特殊限制，优选包括以下步骤：将聚乙二醇、水和无机盐混合，搅拌后得到水系电解液。本专利技术还提供了一种水系金属离子电池，包括正极、负极和水系电解液，所述水系电解液包括：聚乙二醇、水和无机盐。本专利技术对所述正极、负极和隔膜的种类没有特殊的限制，优选为：以Fe4[Fe(CN)6]3为正极材料，TiP2O7为负极材料，无隔膜组装成全电池。其中，正负极浆料均按照m(活性材料)：m(聚偏二氟乙烯，PVDF):m(乙炔黑)＝75：10:15进行配制，将配制好的浆料涂至Ti网上，正极质量约为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水系电解液，其特征在于，包括：聚乙二醇、水和无机盐。

【技术特征摘要】
1.一种水系电解液，其特征在于，包括：聚乙二醇、水和无机盐。2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述聚乙二醇、水和无机盐的质量比为1～10：1～10：2～14。3.根据权利要求2所述的电解液，其特征在于，所述聚乙二醇、水和无机盐的质量比为3～7：4～7：5～12。4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述聚乙二醇为聚乙二醇400、聚乙二醇200或聚乙二醇300。5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于，所述无机盐包括钠...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军，陈亮，刘兆平，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33