[发明专利]电解液和电化学储能装置

说明书

本发明提供了一种水系电解液，包括电解质以及水溶液，所述电解液包括第一金属离子，所述第一金属离子在充放电过程中在正极能够可逆脱出‑嵌入；所述电解液还包括铁离子和铈离子中的至少一种。本发明还提供了一种水系电解液，包括电解质以及水溶液，所述电解液包括第一金属离子，所述第一金属离子在充放电过程中在正极能够可逆脱出‑嵌入；所述电解液还包括金属离子添加剂，所述金属离子添加剂的氧化还原电位高于第一金属离子在正极中的氧化还原电位。本发明提供的电解液能够抑制正极副反应，如导电剂的氧化，改善电池自放电问题，提高电池容量及循环寿命。本发明还提供一种包含所述电解液的电化学储能装置。

技术领域

本发明属于电化学储能领域，具体涉及一种水系电解液以及利用该电解液的电化学储能装置。

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、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电化学储能装置。该储能装置的正极能够进行可逆的脱出-嵌入反应；负极可以分为三类，一类是能够进行可逆的脱出-嵌入反应，一类是能够进行可逆的还原沉积-氧化溶解反应，还有一类是能够进行可逆吸附-脱附反应（通常此类电化学储能装置又称作超级电容器或电容电池）。该类型储能装置的电解液为水溶液，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，该类型储能装置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。

然而，该类电化学储能装置的电解液为水溶液，在充电后期，随着电压升高，正极通常会发生副反应，如电解液中水的分解而产生氧气，特别是当正极含有含碳材料类导电剂时，含碳材料类导电剂会发生氧化产生二氧化碳气体，导电剂的消耗使得内阻增加，最终影响循环寿命，同时使得该类储能装置存在自放电问题。这些问题限制了该类储能装置的实际应用，因此亟待寻找有效的解决办法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电解液，能够改善水系电化学储能装置的自放电问题及循环寿命。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：一种水系电解液，包括电解质以及水溶液，所述电解液包括第一金属离子，所述第一金属离子在充放电过程中在正极能够可逆脱出-嵌入；所述电解液还包括铁离子和铈离子中的至少一种。

优选的，所述铁离子在电解液中的浓度不大于5000ppm。

优选的，所述铈离子在电解液中的浓度不大于14010ppm。

优选的，所述第一金属离子为锂离子、钠离子或镁离子。

优选的，所述电解液的pH值为3-7。

优选的，所述电解液还包括硫酸根离子、氯离子、醋酸根离子、硝酸根离子、磷酸根离子，甲酸根离子和烷基磺酸根离子中的一种或几种。

优选的，所述电解液还包括第二金属离子，所述第二金属离子在充电过程中在负极还原沉积为第二金属，所述第二金属在放电过程中氧化溶解为第二金属离子。

优选的，所述第二金属离子为锌离子。

本发明还提供了一种水系电解液，包括电解质以及水溶液，所述电解液包括第一金属离子，所述第一金属离子在充放电过程中在正极能够可逆脱出-嵌入；所述电解液还包括金属离子添加剂，所述金属离子添加剂的氧化还原电位高于第一金属离子在正极中的氧化还原电位。

本发明还提供了一种电化学储能装置，所述电化学储能装置包括正极、负极和电解液，所述电解液为上述的电解液。

优选的，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和正极导电剂。