[发明专利]电解液、电池及电池组

说明书

本发明涉及一种用于水系电池的电解液，以及利用该电解液的电池和电池组，属于二次电池技术领域。本发明解决的技术问题是提供一种电解液，该电解液，包括水性电解质和添加剂，其中，所述添加剂为中性碱金属盐和富氧化合物，所述水性电解质包括在充放电过程中能够在阳极还原沉积为金属且该金属能可逆氧化溶解的阳极金属离子。本发明通过在电解液中加入中性碱金属盐以及PEG等富氧化合物，从而原位溶解氢氧化锌沉淀，进一步重排氢氧化锌沉淀并疏通离子通道，抑制金属枝晶的形成，最终达到提高电池容量和循环寿命的目的。

相关申请的交叉引用

本申请要求在2019年7月26日提交的美国专利申请No.62879168的权益和优先权，该申请No.62879168的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于水系电池的电解液，以及利用该电解液的电池和电池组，属于二次电池技术领域。

背景技术

随着对小型便携式设备的要求不断提高，对电源的要求也越来越高，需要寻求合适的，高效，紧凑，轻便和安全的可持续电源。

二次电池又称为充电电池或蓄电池，是指在电池放电后可通过充电的方式使活性物质激活而继续使用的电池。充电电池通常用作电源，可以进行调整以满足低成本和大型电网规模的储能系统的需求。目前，二次电池领域的研究主要集中在锂离子电池、高温钠硫电池、钠镍氯电池、钒液流电池等，但是，无论哪种电池，均无法同时满足廉价、安全、寿命长的要求。而锂离子电池由于其具有高能量密度和低自放电率而具有可充电电池的巨大优势。但传统的锂离子电池为非水电池，有毒且可能造成环境风险。

近来，具有安全、高功率、大容量的基于水性电解质的可充电电池被广泛研究。尤其是具有锌金属阳极的水性电解质电池(锌离子电池)，由于其具有丰度、高稳定性、低成本和无毒的特性，应用前景广泛。但是，这类型的碱性电池依旧存在缺点。

通常，在含水碱性电池中，由于使用碱性电解质，这些电池会表现出低循环性，碱性电解质会具有很强的腐蚀性，并导致阴极和阳极中的电极插层性能下降。此外，如果发生泄漏，碱性电解质的存在可能对环境和人体都具有危险。

另外，水系锌电池在反复的充电和放电过程期间，由于锌的溶解和锌金属沉淀物的不均匀累积而沉积在阳极表面上，有可能会堵塞离子通道，从而限制了电池的性能。此外，在电池中不可避免的会形成锌枝晶，锌枝晶的存在会导致腐蚀，自放电以及潜在的短路，可能带来安全风险并缩短电池循环寿命。

为了克服缺陷，目前，可以将添加剂加入到可再充电电池中以增加充电容量并抑制枝晶的形成。添加剂由于可调节离子传输的能力而在可充电电池中提供了巨大的优势，因此对电池的生产，速率性能和电池寿命产生了重大影响。比如专利CN201810012406.X、CN201210286489.4公开了在电解液中加入聚乙二醇，专利CN201510474585.5公开了在电解液中加入聚乙二醇辛基苯基醚，CN201410307591.7公开了在电解液中加入聚乙烯醇，这些有机富氧化合物的加入，能够抑制腐蚀和枝晶，但是，这种提高是有限的，所应用的电池也是小体积电池。专利CN2017102430154公开了在电解液中加入硫酸镁，从而抑制阳极金属离子(例如锌离子)在水溶液中充放电时存在的枝晶、腐蚀以及析氢等问题。

此外，现有的水系锌电池，体积较小，容量较小，而如果将体积增大，则会相应的增大电极，增加集流体面积，将会导致以下缺陷：大面积的电池极板上电压和电流分布相对不均匀，导致正极表面局部产生过电势，进而进一步产生锌盐沉淀副反应；负极表面也会产生局部过电势，促进枝晶生长及锌盐沉淀，而较大的电流面密度也更容易产生更多的副反应。因此，如果需要得到大体积的水系锌电池，需要解决枝晶和通道堵塞两方面的问题。

发明内容

针对以上缺陷，本发明解决的技术问题是提供一种电解液，该电解液应用在水系锌电池中，能够溶解锌沉淀，抑制枝晶生长。