[发明专利]一种水系电解液及水系金属离子电池

说明书

本发明提供了一种水系电解液，包括：水和无机盐；所述无机盐包括双三氟甲基磺酰亚胺锂。本发明采用了特定的无机盐双三氟甲基磺酰亚胺锂，可以有效提高所构成的水系金属离子电池的库伦效率。本发明通过在水和无机盐构成的水系电解质中增加醚类化合物，尤其是特定的醚类化合物三乙二醇二甲醚或四乙二醇二甲醚，可以提高水系金属离子电池的工作电压，获得较高的电导率，最终获得的水系电解液具有较高的库伦效率和容量保持率。实验结果表明，将本发明提供的水系电解液制成水系金属离子电池，1C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高于96％，库伦效率高于97％。

技术领域

本发明涉及水系金属离子电池技术领域，尤其涉及一种水系电解液及水系金属离子电池。

背景技术

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2V，所以水系金属离子电池的工作电压普遍在1.3～2.0V之间，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/LiNi_0.81Co_0.19O₂、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“Molecular Solvents”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。

发明内容

有鉴于此，本发明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，库伦效率较高。

本发明提供了一种水系电解液，包括：水和无机盐；

所述无机盐包括双三氟甲基磺酰亚胺锂。

优选的，所述水和无机盐的质量比为0.36～1.08：5.56～12.06。

优选的，所述水系电解液还包括醚类化合物。

优选的，所述醚类化合物为三乙二醇二甲醚或四乙二醇二甲醚。