电池及其电解液的制作方法
【技术领域】
[0001] 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。
[0002] 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】
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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】
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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%。
[0010] 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。
[0011] 优选地，所述第一金属离子选自锂离子或钠离子。
[0012] 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。
[0013] 优选地，所述电解液的pH为3~7。
[0014]优选地，所述溶剂为水或醇。
[0015]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。
[0016] 优选地，所述正极活性物质选自1^1111204、1^?#04和LiC〇02中的一种或几种。 [0017] 优选地，所述电池还包括位于正极和负极之间的隔膜。
[0018] 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】
[0019] 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。
[0020] 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。
[0021] 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。
[0022] 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。
[0023] 其中，硼酸包括但不限于原硼酸、偏硼酸或多硼酸。
[0024] 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。
[0025] 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。
[0026] 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。
[0027] 在电解液中，以电解液的总重量为基准，硼的含氧酸根离子化合物的质量百分含 量优选为〇. 01%~2%。
[0028] 添加剂加入电解液中的方式，可以是电解质溶解时（即与电解质一起加入)、或电 解质溶解之前、亦或电解质溶解之后，将硼的含氧酸根离子化合物加入到溶剂中。
[0029] 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。
[0030] 所述溶剂为水或醇；其中醇包括但不限于甲醇或乙醇。
[0031] 其中，电解质中的第一金属离子，在充放电过程中在正极能够可逆脱出-嵌入。即 在电池放电时，电解液中的第一金属离子嵌入正极活性物质中；在电池充电时，第一金属离 子从正极活性物质中脱出，进入电解液。
[0032] 优选地，第一金属离子选自锂离子或钠离子，更优选为锂离子。
[0033] 其中，电解质中的第二金属离子，第二金属离子在充电过程中在所述负极还原沉 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；即在充放电过程中 在负极能够还原沉积为第二金属且第二金属能可逆氧化溶解。
[0034] 优选地，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；更优选为锌离子。
[0035] 在一优选实施例下，本发明的第一金属离子选自锂离子，同时第二金属离子选自 锌离子，即电解质中阳离子为锂离子和锌离子。
[0036] 电解质中阴离子，可以是基本不影响正负极反应、以及电解质在溶剂中的溶解的 任何阴离子。例如可以是硫酸根离子、氯离子、硝酸根离子、醋酸根离子、甲酸根离子、磷酸 根离子及其混合等。
[0037] 在一优选实施方式下，电解质中阴离子包括硫酸根离子、氯离子、醋酸根离子和硝 酸根离子中的一种或几种。
[0038] 优选地，电解质中的阴离子包括烷基磺酸根离子。
[0039] 烷基磺酸根离子包含但不限于脂肪族磺酸根离子，且不限于在脂肪族基团上带有 官能团或者取代基。优选符合以下通式：
[0040] R-SCV 或 Y-R，-SCV
[0041] 在上述通式中，Y指取代基，例如-F、-〇H等。
[0042] 在上述通式中，R可以是支化或未支化的脂肪基；可以是1~12个碳原子的脂肪 基，优选为1~6个碳原子的脂肪基，特别优选甲基、乙基和正丙基。
[0043] 在上述通式中，R'可以是支化或未支化的脂肪基；可以是2~12个碳原子的脂肪 基，优选为2~6个碳原子的脂肪基，更优选为未支化、含2~6个碳原子的脂肪基；更优选 地，取代基与磺酸基不连接在同一碳原子上。
[0044] 特别优选地，烷基磺酸根离子为甲基磺酸根离子，即R为甲基。
[0045] 电解液中采用甲基磺酸根离子，可以进一步增强第一金属离子和第二金属离子的 溶解度，且其成本相对其他烷基磺酸盐较低。
[0046] 优选地，电解质中的阴离子只含烷基磺酸根离子，不含其它阴离子。即电解质全部 由烷基磺酸盐组成。这样电解液的低温性能更加优异，第一金属离子和第二金属离子在电 解液中的浓度更高。
[0047] 更加优选地，电解质为烷基磺酸锌和烷基磺酸锂。
[0048] 当然，电解质中的阴离子除了