[发明专利]一种电解液及其配制方法和电池

说明书

本发明公开了一种电解液及其配制方法和电池，该电解液的配制方法包括：先设定目标电解液的目标参数，计算出原料的设计配比；然后测定设计配比下电解液的相对饱和度；再评估所述相对饱和度并调整目标参数，重复以上操作，直至设计电解液符合目标参数要求，进而配制电解液；最后表征电解液并根据表征结果修正配比和相对饱和度。通过以上方式，在电解液设计时，量化所设计的电解液的相对饱和程度，进而评估其过饱和风险，以避免溶质意外过饱和析出而影响电池性能的问题，同时也为设计高浓度电解液提供指导；该方法提高了所设计电解液的可靠性和配制的精准性，确保使用该电解液的电池性能的稳定性。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种电解液及其配制方法。

背景技术

镍电极作为一个电化学性能优良的可逆电极，被广泛应用于碱性二次电池的正极，如常见的镍氢电池、镍锌电池、镍镉电池等。随着镍电池的发展和市场需求变迁，高容量镍电池和低成本镍电池已成为重要的两个分支。镍电极的容量直接决定了镍电池的容量，而镍电极的容量＝活性物质用量×活性物质单位容量，因此提升镍电极活性物质的单位容量，可以有效降低活性物质的用量，从而降低镍电极成本，也降低了镍电极需要的空间，从而可以直接降低成本和高容量镍电池制作难度。

一般而言，镍电极活性物质，至少包括氢氧化亚镍、钴的化合物、锌的化合物、添加剂和粘结剂等几部分组成，其中，氢氧化亚镍是实现容量的主要成分，其余是辅助实现并延缓容量衰减的必要成分。通常，提升活性物质单位容量的方法是提升氢氧化亚镍在混合活性物质中的占比，即降低钴的化合物、锌的化合物、添加剂和粘结剂的占比。当较低钴含量时，如小于4％时，因氢氧化亚镍的利用率低，混合活性物质的单位容量也难以提升。当较低锌含量时，如小于3％，则镍电极的性能会快速衰减，只能维持短暂的几周较高的容量状态。添加剂和粘结剂的用量占比本身就很低，调整用量对混合活性物质的单位容量影响非常小，反而会明显造成镍电极的性能恶化。总体而言，在调整氢氧化亚镍占比方面，即使牺牲掉约30％～50％的循环寿命性能，能提升的混合活性物质单位容量都不太可能超过2％，往往得不偿失。

另一种提升混合活性物质单位容量的方法是提升电解液有效浓度，即提升OH^-的活度，促使氢氧化亚镍氧化的平衡进一步向高价态一侧移动，即让氢氧化亚镍的容量得到更好的发挥，从而有效提升混合活性物质的单位容量。

镍电池所用电解液为KOH、NaOH、LiOH、Ba(OH)₂中的一种或多种的水溶液，其中KOH、NaOH提供主要的OH^-，不同的是，K⁺的活度高，腐蚀性强，原子量大，Na⁺的活度低，但原子量小，在常规应用温度20～50℃范围内，KOH、NaOH的溶解度基本相当，故饱和时氢氧化钠的浓度更高，适合配制高浓度电解液；Li⁺作为添加剂性质，促进和保持镍电极容量发挥，意义重大，但溶解度小且成本高，不适合过高浓度的添加；Ba(OH)₂作为沉淀剂，除去因接触空气而产生的CO₃^2-的影响，其溶解度极小，不宜在高浓度电解液中添加。

在业内，一般倍率型镍电池采用OH^-浓度6～8mol/L的富钾型电解液，常规用途的镍电池采用OH^-浓度8～9mol/L的富钠型电解液，高容量和低成本镍电池采用9～10mol/L的富钠型电解液。提升OH^-的浓度对提升混合活性物质单位容量是直接而有效的。

但是设计更高浓度电解液时，如超过10mol/L，在较接近饱和的状态下，容易因水分挥发或温度降低而造成意外过饱和析出，因为难以把握混合溶液的饱和程度，或者为了定性地降低过饱和风险，设计浓度不敢太高。因此需要一种量化和评估非饱和溶液距离饱和状态的程度的方法，用于指导设计电解液或评估过饱和风险。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种电解液及其配制方法和电池。