[发明专利]电池

说明书

技术领域

本发明属于电池领域，具体涉及一种基于内部离子交换的电池。

背景技术

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、钠硫电池等，均无法在储能领域取代铅酸电池。

新出现了一种基于内部离子交换的电池。该电池的工作原理为，正极基于第一金属离子的脱出-嵌入反应，负极基于第二金属离子的沉积-溶解反应，电解液含参与正极脱出-嵌入反应的第一金属离子和参与负极沉积-溶解反应的第二金属离子。该类型电池的理论能量密度为160Wh/Kg，预计实际能量密度可达50～80Wh/Kg。综上所述，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，具有极大的商业价值。

但是，目前该电池在使用一段时间后，电池内部会产生大量气体，易造成电池发鼓，导致电池使用存在安全隐患；同时由于气体的产生，还会导致电池性能迅速恶化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，离子交换电池使用时会产生大量气体。

本发明提供了一种电池，包括正极、负极、及电解液，所述正极包括能够可逆脱出-嵌入第一金属离子的正极活性物质；所述电解液包括溶解电解质并使所述电解质电离的溶剂；所述电解质包括第一金属离子和第二金属离子；在充电过程中所述第二金属离子还原为第二金属沉积在所述负极，且在放电过程中第二金属可逆氧化溶解为所述第二金属离子；所述电池还包括加入到所述电解液中的添加剂，所述添加剂包括吐温、叔胺化合物、杂环季铵盐和硫代酰胺中的一种或几种；

所述硫代酰胺的通式如下：

其中，R₁、R₂、R₃、R₄选自H、烷基和苯基中的一种，且R₁、R₂、R₃、R₄不同时为H。

优选地，所述烷基为甲基。

优选地，所述硫代酰胺选自四甲基硫脲、N,N-二甲基硫脲、N-甲基硫脲和二苯基硫脲中的一种或几种。

优选地，在电解液中，所述硫代酰胺的质量百分含量为0.01%～5%。

优选地，所述叔胺化合物选自三乙酸胺、三乙胺和三乙醇胺中的一种或几种；所述杂环季铵盐选自Ｎ-乙基吡啶盐酸盐、Ｎ-苄基吡啶盐酸盐、Ｎ-2-羟乙基吡啶盐酸盐、Ｎ-2-羟丙基吡啶盐酸盐和吡啶基-Ｎ-丙烷磺酸内铵盐中的一种或几种。

优选地，在电解液中，所述叔胺化合物或杂环季铵盐的质量百分含量为0.01%～5%。

优选地，所述吐温选自吐温40。

优选地，在电解液中，所述吐温的质量百分含量为0.01%～0.1%。

优选地，所述添加剂还包括硼的含氧酸根离子化合物。

优选地，所述电解质还包括硫酸根离子、氯离子、醋酸根离子、硝酸根离子和烷基磺酸根离子中的一种或几种。

优选地，所述烷基磺酸根离子选自甲磺酸根离子。

优选地，所述电池还包括位于正极和负极之间的隔膜。

优选地，所述第一金属离子选自锂离子、钠离子或镁离子。

优选地，所述第二金属选自锰、铁、铜、锌、铬、镍、锡或铅。

优选地，所述电解液的pH值为3～7。

优选地，所述溶剂为水或醇。

与现有技术相比，本发明在电解液中加入了添加剂，有效抑制了气体的产生，从而避免了电池发鼓，增强了电池的安全性能。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。

一种电池，包括正极、负极、及电解液，所述正极包括能够可逆脱出-嵌入第一金属离子的正极活性物质；所述电解液包括溶解电解质并使所述电解质电离的溶剂；所述电解质包括第一金属离子和第二金属离子；在充电过程中所述第二金属离子还原为第二金属沉积在所述负极，且在放电过程中第二金属可逆氧化溶解为所述第二金属离子；所述电池还包括加入到所述电解液中的添加剂，所述添加剂包括吐温、叔胺化合物、杂环季铵盐和硫代酰胺中的一种或几种；

所述硫代酰胺的通式如下：