CN104282952A - 电解液及电池 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电池领域，具体公开了一种电解液。该电解液包括至少一种能够溶解电解质并使所述电解质电离的溶剂；所述电解质包括充放电过程中在正极能够可逆脱出-嵌入的第一金属离子和充电过程中在负极能够还原沉积为第二金属的第二金属离子；放电过程中第二金属可逆氧化溶解为第二金属离子；所述电解质中的阴离子包括烷基磺酸根离子。本发明还公开了一种电池，其包括含能可逆脱出-嵌入第一金属离子的正极活性物质的正极、含用于负极充放电的载体的负极、及上述电解液。本发明的电解液可以有效提高第一金属离子和第二金属离子的溶解度、抑制气体的产生、降低电池的自放电；并且在-20℃下不冻结，具有良好的低温性能。

Description

电解液及电池
技术领域
本发明属于电池领域，具体涉及一种电解液及电池。
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。
新出现了一种离子交换电池。该离子交换电池的工作原理为，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，目前该电池的电解液多采用醋酸盐、盐酸盐、硫酸盐等，醋酸盐稳定差，很容易被氧化，产生较大的自放电；盐酸盐腐蚀正极集流体，硫酸盐腐蚀综合性能较好，但对于负极的腐蚀仍然较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种电池的电解液，化学稳定好、能抑制电池腐蚀。
本发明提供了一种用于电池的电解液，所述电解液包括至少一种能够溶解电解质并使所述电解质电离的溶剂；所述电解质包括充放电过程中在正极能够可逆脱出-嵌入的第一金属离子和充电过程中在负极能够还原沉积为第二金属的第二金属离子；放电过程中第二金属可逆氧化溶解为第二金属离子；所述电解质中的阴离子包括烷基磺酸根离子。
优选地，所述烷基磺酸根离子为甲基磺酸根离子。
优选地，所述烷基磺酸根离子的浓度为0.5～12mol/L。
优选地，所述第一金属离子的浓度为1～7mol/L，所述第二金属离子的浓度为1～4mol/L。
优选地，所述第一金属离子为锂离子，所述第二金属离子为锌离子。
优选地，所述溶剂为水或醇。
优选地，所述电解液还包括电解液添加剂，所述电解液添加剂包括铋化合物。
优选地，所述铋化合物为三氧化二铋或硝酸铋。
优选地，所述铋化合物占电解液总重量的0.1～5%。
优选地，所述电解质还包括硫酸根离子、氯离子、醋酸根离子和硝酸根离子中一种或几种。
更优选地，所述硫酸根离子与烷基磺酸根离子的摩尔比为1:21～27:7。
优选地，所述电解液的pH值为3～7。
本发明还提供了一种电池，其包括正极、负极、及电解液；所述正极包括能可逆脱出-嵌入第一金属离子的正极活性物质；所述负极包括用于负极充放电的载体；所述电解液为本发明所提供的电解液。
优选地，所述负极包括负极添加剂，所述负极添加剂包括铋化合物。
优选地，所述铋化合物为三氧化二铋或硝酸铋。
优选地，所述铋化合物占负极总重量的0.1～10%。
与现有技术相比，本发明的电解液，不易被氧化，化学稳定性好；可以有效提高第一金属离子和第二金属离子的溶解度；抑制气体的产生、减少电池腐蚀；降低电池的自放电；并且在-20℃下不冻结，具有良好的低温性能。
附图说明
图1是本发明实施例1与对比例1产生气体的对比图。
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。
一种用于电池的电解液，所述电解液包括至少一种能够溶解电解质并使所述电解质电离的溶剂；所述电解质包括充放电过程中在正极能够可逆脱出-嵌入的第一金属离子和充电过程中在负极能够还原沉积为第二金属的第二金属离子；放电过程中第二金属可逆氧化溶解为第二金属离子；所述电解质中的阴离子包括烷基磺酸根离子。
其中，本发明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。
本发明的溶剂优选为水和/或醇。其中醇包括但不限于甲醇或乙醇。
其中，本发明的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。
优选地，本发明的第一金属离子选自锂离子或钠离子，更优选为锂离子。
电解质中的第二金属离子，在充电过程中在负极能够还原沉积为第二金属，放电过程中第二金属可逆氧化溶解为第二金属离子。即在电池充电时，电解液中的第二金属离子还原成第二金属，沉积在负极上；在电池放电时，第二金属氧化成第二金属离子从负极上溶解，进入电解液。
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。
在一优选实施例下，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。
其中，电解质中的阴离子包括烷基磺酸根离子。
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：
R-SO3 -或Y-R’-SO3 -
在上述通式中，Y指取代基，例如-F、-OH等。
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。
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。
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。
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。
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。
更加优选地，电解质为烷基磺酸锌和烷基磺酸锂。
当然，电解质中的阴离子除了烷基磺酸根离子，还可以含有其它阴离子。其它阴离子可以是任何基本不影响正负极反应、以及电解质在溶剂中的溶解的阴离子。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。
在一优选实施方式下，电解质还包括硫酸根离子、氯离子、醋酸根离子和硝酸根离子中一种或几种。
特别优选地，所述硫酸根离子与烷基磺酸根离子的摩尔比为1:21～27:7。
更优选地，电解质中的阴离子由烷基磺酸根离子和硫酸根离子组成。
电解液中各离子的浓度，可以根据不同电解质、溶剂、以及电池的应用领域等不同情况而进行改变调配。
优选地，在电解液中，第一金属离子的浓度为1～7mol/L。
优选地，在电解液中，第二金属离子的浓度为1～4mol/L。
优选地，在电解液中，烷基磺酸根离子的浓度为0.5～12mol/L。
为了使电池的性能更加优异，电解液优选还包括电解液添加剂。
在一优选实施方式下，所述电解液添加剂为铋化合物。
铋化合物加入电解液的方法，根据电解液或隔膜的不同情况，可以选择不同的加入方式。加入方法包括但不限于直接加入电解液中，或者以悬浮液滴加在隔膜上。更优选地，将铋化合物直接加入电解液中，然后将电解液滴加到隔膜上。
优选地，铋化合物选自三氧化二铋和/或硝酸铋。
铋化合物在电解液中的使用剂量优选如下：
当单独使用三氧化二铋时，三氧化二铋占电解液总重量的0.01～5%。
当单独使用硝酸铋时，硝酸铋占电解液总重量的0.01～5%。
当然也可以使用三氧化二铋和硝酸铋的混合物。
为了增强电池某项性能（例如低温性能、高温性能、倍率放电性能等）、或使电池适用于不同的使用环境，根据不同情况，本发明的电解液还可以含有其他添加剂，例如低温添加剂、耐高温添加剂、过充添加剂等。
为了使电池性能更加优化，本发明的电解液的pH值范围优选为3～7。
电解液的pH值范围为3～7，这样既可以有效保证电解液中第二金属离子的浓度，从而保证电池的容量以及倍率放电性能，还可以避免质子共嵌入的问题。
本发明的电解液含烷基磺酸根离子，具有如下好处：第一，烷基磺酸根离子可以有效提高第一金属离子（例如锂离子）和第二金属离子（例如锌离子）在电解液中的溶解度，电解液中离子浓度增大可以有效提高电池的高倍率充放电性能。第二，烷基磺酸根离子可以抑制气体的产生。第三，烷基磺酸根离子还可以有效降低电池的自放电率。可能的原因是，烷基磺酸根离子可以提高电解液的析氧过电位，降低正极活性物质的氧化还原电位。第四，相对其他阴离子盐，烷基磺酸根离子的电解液在-20℃不冻结，可使电池具有更好的低温性能。
电解液的制备方法，根据实际情况的不同，可以采用不同方法来制备。优选选用如下方式制得。
方法一：烷基磺酸盐直接溶于溶剂。
按照需要配置的电解液中各离子的浓度，称取一定量的甲基磺酸锂和甲基磺酸锌溶于水中，搅拌使其全部溶解，制成电解液。生成的电解液中，阴离子为甲基磺酸根离子、阳离子为锌离子和锂离子。
方法二：金属与烷基磺酸反应。
称取一定量的金属锌，将其溶于一定浓度的甲基磺酸中，搅拌至完全溶解，然后加入氢氧化锂，搅拌至完全溶解，制成电解液。其中，甲基磺酸的用量基本确保与金属锌、与氢氧化锂完全反应，使金属锌转化为锌离子存在于电解液中，氢氧化锂与甲基磺酸中和生成甲基磺酸锂。
方法三：金属氧化物与烷基磺酸反应。
称取一定量的氧化锌，将其溶于一定浓度的甲基磺酸中，搅拌至完全溶解，然后加入氢氧化锂，搅拌至完全溶解，制成电解液。其中，甲基磺酸的用量基本确保与氧化锌、与氢氧化锂完全反应，使氧化锌与甲基磺酸反应生成甲基磺酸锂，氢氧化锂与甲基磺酸中和生成甲基磺酸锂。
方法四：金属碳酸盐与烷基磺酸反应。
称取一定量的碳酸锌，将其溶于一定浓度的甲基磺酸中，搅拌至完全溶解，然后加入氢氧化锂，搅拌至完全溶解，制成电解液。其中，甲基磺酸的用量基本确保与碳酸锌、与氢氧化锂完全反应，使碳酸锌与甲基磺酸反应生成甲基磺酸锂，氢氧化锂与甲基磺酸中和生成甲基磺酸锂。
应用该电解液，可以制备获得一种电池。电池包括正极、负极、及电解液；正极包括能可逆脱出-嵌入第一金属离子的正极活性物质；负极包括用于负极充放电的的载体；电解液为本发明所提供的电解液。
本发明电池的充放电原理为：充电时，正极活性物质脱出第一金属离子，同时伴随正极活性物质被氧化，并放出电子；电子经由外电路到达电池负极，同时电解液中的第二金属离子在负极上得到电子被还原为第二金属沉积在负极上。放电时，沉积在负极上的第二金属被氧化，失去电子转变为第二金属离子进入电解液中；电子经外电路到达正极，正极活性物质接受电子被还原，同时第一金属离子嵌入正极活性物质中。
其中，正极中的正极活性物质参与正极反应，可逆脱出-嵌入第一金属离子。
优选的，正极活性物质能够可逆脱出-嵌入锂离子、或钠离子。
正极活性物质可以是符合通式Li1+xMnyMzOk的能够可逆脱出-嵌入锂离子的尖晶石结构的化合物，其中，-1≤x≤0.5，1≤y≤2.5，0≤z≤0.5，3≤k≤6，M选自Na、Li、Co、Mg、Ti、Cr、V、Zn、Zr、Si、Al中的至少一种。优选的，正极活性物质含有LiMn2O4。更优选的，正极活性物质含有经过掺杂或包覆改性的LiMn2O4。
正极活性物质可以是符合通式Li1+xMyM′zM″cO2+n的能够可逆脱出-嵌入锂离子的层状结构的化合物，其中，-1<x≤0.5，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤c≤1，-0.2≤n≤0.2，M，M′，M″分别选自Ni、Mn、Co、Mg、Ti、Cr、V、Zn、Zr、Si或Al的中至少一种。优选的，正极活性物质含有LiCoO2。
正极活性物质还可以是符合通式LixM1-yM′y(XO4)n的能够可逆脱出-嵌入锂离子的橄榄石结构的化合物，其中，0<x≤2，0≤y≤0.6，1≤n≤1.5，M选自Fe、Mn、V或Co，M′选自Mg、Ti、Cr、V或Al的中至少一种，X选自S、P或Si中的至少一种。优选的，正极活性物质含有LiFePO4。
在目前电池工业中，几乎所有正极活性物质都会经过掺杂、包覆等改性处理。但掺杂，包覆改性等手段造成材料的化学通式表达复杂，如LiMn2O4已经不能够代表目前广泛使用的“锰酸锂”的通式，而应该以通式Li1+xMnyMzOk为准，广泛地包括经过各种改性的LiMn2O4正极活性物质。同样的，LiFePO4以及LiCoO2也应该广泛地理解为包括经过各种掺杂、包覆等改性的，通式分别符合LixM1-yM′y(XO4)n和Li1+xMyM′zM″cO2+n的正极活性物质。
正极活性物质为能可逆脱出-嵌入锂离子的物质时，优选可以选用如LiMn2O4、LiFePO4、LiCoO2、LiMxPO4、LiMxSiOy(其中M为一种变价金属)等化合物。此外，正极活性物质为能可逆脱出-嵌入钠离子的物质时，优选可以选用NaVPO4F等。
正极，还包括负载正极活性物质的正极集流体，正极集流体的材料选自碳基材料、金属或合金中的一种。
正极集流体仅作为电子传导和收集的载体，不参与电化学反应，即在电池工作电压范围内，正极集流体能够稳定的存在于电解液中而基本不发生副反应，从而保证电池具有稳定的循环性能。
优选地，对正极集流体进行钝化处理，其的主要目的是，使正极集流体的表面形成一层钝化的氧化膜，从而在电池充放电过程中，能起到稳定的收集和传导电子的作用，而不会参与电池反应，保证电池性能稳定。正极集流体钝化处理方法包括化学钝化处理或电化学钝化处理。
化学钝化处理包括通过氧化剂氧化正极集流体，使正极集流体表面形成钝化膜。氧化剂选择的原则为氧化剂能使正极集流体表面形成一层钝化膜而不会溶解正极集流体。氧化剂选自但不仅限于浓硝酸或硫酸高铈(Ce(SO4)2)。
具体的，化学钝化处理步骤为：将正极集流体置入氧化剂溶液中，维持0.5～1小时，使正极集流体表面形成钝化膜，最后取出正极集流体清洗并干燥。
电化学钝化处理包括对正极集流体进行电化学氧化或对含有正极集流体的电池进行充放电处理，使正极集流体表面形成钝化膜。
在一优选实施方式下，直接对正极集流体进行电化学氧化，即在正极集流体用于电池组装前进行预钝化。具体的，以正极集流体作为工作电极，选择合适的对电极和参比电极组成三电极体系，对正极集流体进行氧化；施加电压为2.1～2.4V。正极集流体可以是金属，如金属铝；正极集流体也可以是合金，如不锈钢或铝合金。当然，也可以采用以正极集流体为工作电极的两电极体系，对正极集流体进行氧化，施加电压为2.1～2.4V。
在一优选实施方式下，也可以对含有正极集流体的电池进行充放电从而达到对正极集流体进行钝化的目的，充电时电压均充至2.1～2.4V，放电时电压均放至1.35～1.45V，充放电次数不小于1。
在具体的实施方式中，制备正极时，除了正极活性物质之外，根据实际情况，可能还需添加正极导电剂和正极粘结剂来提升正极的性能。
正极导电剂选自导电聚合物、活性碳、石墨烯、碳黑、石墨、碳纤维、金属纤维、金属粉末、以及金属薄片中的一种或多种。
正极粘结剂可以选自聚乙烯氧化物、聚丙烯氧化物、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚酯、聚醚、氟化聚合物、聚二乙烯基聚乙二醇、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸中的一种、或上述聚合物的混合物及衍生物。更优选地，正极粘结剂选自聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)或丁苯橡胶（SBR）。
电池的负极，发生电化学反应的物质为第二金属，第二金属能够氧化溶解为第二金属离子且第二金属离子能可逆还原沉积为第二金属。
优选地，负极还包括负极添加剂，所述负极添加剂包括铋化合物，铋化合物加入负极的方式，可能根据负极不同情况略有不同。加入方法可以选自物理方法或者化学方法，物理方法包括但不限于悬浮液涂覆法、真空镀、磁控溅射；化学方法包括电化学镀等。
在第一优选实施方式中，负极仅包括负极集流体，并且负极集流体仅作为电子传导和收集的载体，不参与电化学反应。此时，负极集流体为用于负极充放电的的载体。
在该实施方式下，铋化合物加入负极中的方式，包括但不限于，将铋化合物加入分散剂中制成分散液，将分散液涂覆在负极集流体上，最后去除分散剂。
负极集流体的材料选自金属Ni、Cu、Ag、Pb、Mn、Sn、Fe、Al或经过钝化处理的上述金属中的至少一种，或者单质硅，或者碳基材料，其中，碳基材料包括石墨材料，比如商业化的石墨压制的箔，其中石墨所占的重量比例范围为90～100%。负极集流体的材料还可以选自不锈钢或经钝化处理的不锈钢。不锈钢包括但不仅限于不锈钢网和不锈钢箔，同样的，不锈钢的型号可以是300系列的不锈钢，如不锈钢304或者不锈钢316或者不锈钢316L。
另外，负极集流体还可以选自含有析氢电位高的镀/涂层的金属，从而降低负极副反应的发生。镀/涂层选自含有C、Sn、In、Ag、Pb、Co的单质，合金，或者氧化物中至少一种。镀/涂层的厚度范围为1～1000nm。例如：在铜箔或石墨箔的负极集流体表面镀上锡，铅或银。
在第二优选实施方式中，负极除了负极集流体，还包括负载在负极集流体上的负极活性物质。此时，负极活性物质为用于负极充放电的载体。
负极活性物质为第二金属，第二金属包括其单质。优选地，负极活性物质为Zn、Ni、Fe、Cr、Cu、Mn、Sn或Pb。
其中，负极集流体可以参考第一优选实施方式，在此不再赘述！
第二金属以片状或者粉末状存在。
当采用第二金属片作为负极活性物质时，第二金属片与负极集流体形成复合层。
在这种情况下，铋化合物加入负极中的方式，包括但不限于，将铋化合物加入分散剂中制成分散液，将分散液涂覆在第二金属片上，最后去除分散剂。
当采用第二金属粉末作为负极活性物质时，铋化合物加入负极中的方式，包括但不限于，将铋化合物和第二金属粉末混合制成浆料，然后将浆料涂覆在负极集流体上制成负极。
在具体的实施方式中，制备负极时，除了负极活性物质第二金属粉末之外，根据实际情况，还可根据需要添加负极导电剂和负极粘结剂来提升负极的性能。
在第三优选实施方式中，直接采用第二金属片作为负极，第二金属片既作为负极集流体，同时也为负极活性物质。此时，第二金属片为用于负极充放电的的载体。
在该实施方式下，铋化合物加入负极中的方式，包括但不限于，将铋化合物加入分散剂中制成分散液，将分散液涂覆在第二金属片上，最后去除分散剂。
当然为了使电池性能更加优异，同时在负极和电解液中添加铋化合物。
优选地，铋化合物选自三氧化二铋和/或硝酸铋。
铋化合物在负极中的使用剂量优选如下：
当单独使用三氧化二铋时，三氧化二铋占负极总重量的0.1～10%。
当单独使用硝酸铋时，硝酸铋占负极总重量的0.1～10%。
当然也可以使用三氧化二铋和硝酸铋的混合物。
电池可以不含隔膜。当然，为了提供更好的安全性能，优选在电解液中位于正极与负极之间还设有隔膜。隔膜可以避免其他意外因素造成的正负极相连而造成的短路。
本发明的隔膜没有特殊要求，只要是允许电解液通过且电子绝缘的隔膜即可。有机系锂离子电池采用的各种隔膜，均可以适用于本发明。隔膜还可以是微孔陶瓷隔板等其他材料。
以下结合具体的实施例对本发明进行进一步的阐述和说明。
实施例1
称取甲基磺酸锌、甲基磺酸锂溶于去离子水中，配置成2mol/L的甲基磺酸锌、2mol/L的甲基磺酸锂的电解液，记作A1。
实施例2
称取甲基磺酸锌、甲基磺酸锂溶于去离子水中，配置成2mol/L的甲基磺酸锌、5mol/L的甲基磺酸锂的电解液，记作A2。
实施例3
称取甲基磺酸锌、甲基磺酸锂溶于去离子水中，同时加入三氧化二铋，配置成3mol/L的甲基磺酸锌、2mol/L的甲基磺酸锂、三氧化二铋含量为1wt%的电解液，记作A3。
实施例4
称取甲基磺酸锌、甲基磺酸锂、硫酸锌、硫酸锂溶于去离子水中，配置成1mol/L的甲基磺酸锌、1mol/L的甲基磺酸锂、1mol/L硫酸锌、0.5mol/L硫酸锂的电解液，记作A4。
实施例5
称取硫酸锌、硫酸锂溶于去离子水中，配置成2mol/L硫酸锌、1mol/L硫酸锂的溶液S1。称取甲基磺酸锌、甲基磺酸锂溶于去离子水中，配置成2mol/L的甲基磺酸锌、3mol/L的甲基磺酸锂的溶液S2。
将溶液S1与溶液S2以体积比10:90混合得到电解液，记作A5。
实施例6
与实施例5所不同的是，溶液S1与溶液S2体积比为25:75，记作A6。
实施例7
与实施例5所不同的是，溶液S1与溶液S2体积比为50:50，记作A7。
实施例8
与实施例5所不同的是，溶液S1与溶液S2体积比为90:10，记作A8。
对比例1
称取硫酸锌、硫酸锂溶于去离子水中，配置成2mol/L的硫酸锌、1mol/L的硫酸锂的电解液，记作AC1。
电池的制备
将锰酸锂LMO、导电剂石墨、粘结剂SBR和CMC按照质量比90:5:2.5:2.5在水中混合，形成均匀的正极浆料，将浆料涂覆在包覆导电膜的正极集流体（50μm不锈钢丝网）两面上形成活性物质层，随后将其进行压片，剪裁成8×10cm（测试气体含量）或6×6cm（用于测试电池其他性能）大小，制成正极片，正极片厚度为0.4mm，正极活性物质面密度为750g/m2。
采用厚50μm的锌箔作为负极。隔膜为AGM玻璃纤维隔膜，隔膜和负极尺寸与正极相当。
将正极、负极、隔膜分别与电解液A1-A8及AC1组装成电池。得到的电池，分别记作B1-B8以及BC1。
性能测试：
低温冻结测试：
将电解液A1-A4及AC1在-20℃下放置12h，取出观察电解液是否冻结，测试结果见表1。
表1电解液低温冻结测试结果
电解液 A1 A2 A3 A4 AC1
是否冻结 不冻结 不冻结 不冻结 不冻结 冻结
从表1可以看出，实施例1～4的电解液在放置12h之后依然不冻结，而对比例1的电解液在12h之后冻结，这说明烷基磺酸根离子的电解液可有效抑制低温冻结，提高电解液的低温性能，可增强电池的低温耐候性。
气体含量测试：
将电池B1及BC1在60℃下放置1天，收集电池所产生的气体量。结果示于图1。图1中圆点代表电池BC1，方块代表电池B1。
从图1中可以看出，电池BC1每天的所产生的气体量远远大于电池B1的气体量，几乎为电池B1的2倍。这说明本发明所提供的电解液，相对硫酸盐电解液可以有效抑制电池中气体的产生。
称量5g锌粉，加入20ml电解液A1以及A3中，50℃下放置数天，测量产气量。结果示于表2。
表2电解液A1及A3产气量
电解液 第1天 第2天 第3天 第4天 第5天
A1 29ml 42ml 38ml 23ml 35ml
A3 22ml 27ml 15ml 11ml 10ml
从表2中可以看出，电解液A3所产生的气体量远远小于电解液A1的所产生的气体量，这说明加入电解液中铋化合物与烷基磺酸根离子共同作用，可以有效地进一步减少电池所产生的气体量。
自放电性能测试：
制作如上述正极片，将正极片分别放入电解液A1及AC1中，60℃下放置1天，测试正极的自放电率。结果示于表3。
表3电解液A1及AC1的正极容量保持率
电解液 容量保持率/%
A1 96.5
AC1 90.4
从表3可以看出，正极片在电解液A1中的容量保持率远远大于正极片在电解液AC1中的容量保持率。
将电池B5-B8及BC1分别在60℃下存放24小时，然后放充电循环一次，然后存放、放充电如此重复9次，测试电池的剩余容量。结果示于表4。
表4电池B5-B8在60℃下自放电情况
电池 容量保持率
B5 94.3%
B6 96.1%
B7 94.0%
B8 90.0%
BC1 87.0%
从表4可以看出，电池B5-B8相对电池BC1的容量保持率，均有了大幅的提升。这说明加入烷基磺酸盐的电解液可以有效抑制电池的自放电。
倍率放电性能测试：
将电池B1及BC1依次在0.2C、1C、3C下各循环3次，最后在1C下循环。
经测试，以0.2C的放电比容量为基准，电池B1的3C放电比容量为52.8%，1C的放电比容量为95%。而电池BC1，3C与1C的放电比容量分别为35%与60%。这说明本发明提供的电解液，可以有效提高电池的高倍率循环性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种用于电池的电解液，其特征在于：所述电解液包括至少一种能够溶解电解质并使所述电解质电离的溶剂；所述电解质包括充放电过程中在正极能够可逆脱出-嵌入的第一金属离子和充电过程中在负极能够还原沉积为第二金属的第二金属离子；放电过程中第二金属可逆氧化溶解为第二金属离子；所述电解质中的阴离子包括烷基磺酸根离子。
2.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于：所述烷基磺酸根离子为甲基磺酸根离子。
3.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于：所述烷基磺酸根离子的浓度为0.5～12mol/L。
4.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于：所述第一金属离子的浓度为1～7mol/L，所述第二金属离子的浓度为1～4mol/L。
5.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于：所述第一金属离子为锂离子，所述第二金属离子为锌离子。
6.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于：所述溶剂为水或醇。
7.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于：所述电解液还包括电解液添加剂，所述电解液添加剂包括铋化合物。
8.根据权利要求7所述的电解液，其特征在于：所述铋化合物为三氧化二铋或硝酸铋。
9.根据权利要求7所述的电解液，其特征在于：所述铋化合物占电解液总重量的0.01%～5%。
10.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于：所述电解质还包括硫酸根离子、氯离子、醋酸根离子和硝酸根离子中一种或几种。
11.根据权利要求10所述的电解液，其特征在于：所述硫酸根离子与烷基磺酸根离子的摩尔比为1:21～27:7。
12.根据权利要求1所述的电解液，其特征在于：所述电解液的pH值为3～7。
13.一种电池，其包括正极、负极、及电解液；所述正极包括能可逆脱出-嵌入第一金属离子的正极活性物质；负极包括用于负极充放电的载体；其特征在于，所述电解液为权利要求1-12之一所述的电解液。
14.根据权利要求13所述的电池，其特征在于：所述负极包括负极添加剂，所述负极添加剂包括铋的化合物。
15.根据权利要求14所述的电池，其特征在于：所述铋化合物为三氧化二铋或硝酸铋。
16.根据权利要求13所述的电池，其特征在于：所述铋化合物占负极总重量的0.1%～10%。
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