[发明专利]电池及其电解液

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。

本发明还涉及基于内部离子交换的电池的电解液。

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提供一种电解液，在离子交换电池使用时抑制产生大量气体。

本发明提供了一种电解液，其包括电解质以及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；所述第一金属离子在充放电过程中在电池正极能够可逆脱出-嵌入；所述第二金属离子在充电过程中在电池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；所述电解液还包括添加剂，所述添加剂包括硼的含氧酸根离子化合物。

优选地，所述硼的含氧酸根离子化合物选自硼酸、硼酸盐和过硼酸盐中的一种或几种。

优选地，所述硼的含氧酸根离子化合物占电解液的质量百分含量为0.01%～2%。

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，所述第一金属离子选自锂离子或钠离子。

优选地，所述第二金属离子选自锰离子、铁离子、铜离子、锌离子、铬离子、镍离子、锡离子或铅离子。

优选地，所述电解液的pH为3～7。

优选地，所述溶剂为水或醇。

本发明还提供了一种电池，其包括正极、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；所述电解液为本发明提供的电解液。

优选地，所述正极活性物质选自LiMn₂O₄、LiFePO₄和LiCoO₂中的一种或几种。

优选地，所述电池还包括位于正极和负极之间的隔膜。

与现有技术相比，本发明的电解液中添加了硼的含氧酸根离子化合物，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，同时也有效抑制了电池性能衰减。

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。

一种电解液，其包括电解质以及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；所述第一金属离子在充放电过程中在电池正极能够可逆脱出-嵌入；所述第二金属离子在充电过程中在电池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；所述电解液还包括添加剂，所述添加剂包括硼的含氧酸根离子化合物。

本发明的硼的含氧酸根离子化合物，是指化合物中含有硼原子和氧原子配位形成的酸根离子。例如含原硼酸根离子的化合物、含偏硼酸根离子的化合物、含多硼酸根离子的化合物、含过硼酸根离子的化合物。

优选地，硼的含氧酸根离子化合物选自硼酸、硼酸盐和过硼酸盐中的一种或几种。

其中，硼酸包括但不限于原硼酸、偏硼酸或多硼酸。

硼酸盐包括但不限于原硼酸盐、偏硼酸盐或多硼酸盐。优选地，硼酸盐选自硼酸钠、偏硼酸钠、偏硼酸镁、偏硼酸钙或偏硼酸钡的一种或几种。

过硼酸盐包括但不限于过硼酸钠、过硼酸锂、过硼酸铷、过硼酸钾、过硼酸铯、过硼酸钙或过硼酸钡。

更优选地，添加剂选自硼酸和硼酸盐。硼酸和硼酸盐可以组合形成酸碱缓冲溶液，可以更好的稳定电池电解液的pH值，提高电池的稳定性。