權(quán)利要求書： 1.一種電解液，其特征在于：包括水性電解質(zhì)和添加劑，其中，所述添加劑為中性堿金屬鹽和富氧化合物，所述水性電解質(zhì)包括在充放電過程中能夠在陽極還原沉積為金屬且該金屬能可逆氧化溶解的陽極金屬離子；所述中性堿金屬鹽為堿金屬硫酸鹽；所述中性堿金屬鹽為硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸銣、硫酸銫中的至少一種；所述富氧化合物為聚乙二醇；

所述水性電解質(zhì)為鋅離子鹽和鋰離子鹽；在電解液中，鋅離子的摩爾濃度為0.1M～3M，鋰離子的摩爾濃度為0.1M～3M；所述陽極金屬離子為鋅離子；

中性堿金屬鹽在電解液中的摩爾濃度為0.1～0.8M；富氧化合物在電解液中按重量計濃度為100ppm～200000ppm。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于：所述富氧化合物為重均分子量為200～

2000Da的聚乙二醇。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于：所述電解液的pH值為4～6。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于：所述電解液中還包括溶劑，所述溶劑為水、醇中的至少一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電解液，其特征在于：所述溶劑為水。

6.一種電池，包括陰極、陽極和電解液，其特征在于，所述電解液為權(quán)利要求1～5任一項所述的電解液。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電池，其特征在于：所述陰極為鋰基電極材料。

8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的電池，其特征在于：所述陽極為鋅基電極材料。

9.一種電池組，包括若干個電池，所述電池為權(quán)利要求6～8任一項所述的電池。

說明書： 電解液、電池及電池組[0001] 相關(guān)申請的交叉引用[0002] 本申請要求在2019年7月26日提交的美國專利申請No.62879168的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，該申請No.62879168的全部內(nèi)容通過引用并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域[0003] 本發(fā)明涉及一種用于水系電池的電解液，以及利用該電解液的電池和電池組，屬于二次電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)[0004] 隨著對小型便攜式設(shè)備的要求不斷提高，對電源的要求也越來越高，需要尋求合適的，高效，緊湊，輕便和安全的可持續(xù)電源。

[0005] 二次電池又稱為充電電池或蓄電池，是指在電池放電后可通過充電的方式使活性物質(zhì)激活而繼續(xù)使用的電池。充電電池通常用作電源，可以進行調(diào)整以滿足低成本和大型

電網(wǎng)規(guī)模的儲能系統(tǒng)的需求。目前，二次電池領(lǐng)域的研究主要集中在鋰離子電池、高溫鈉硫

電池、鈉鎳氯電池、釩液流電池等，但是，無論哪種電池，均無法同時滿足廉價、安全、壽命長

的要求。而鋰離子電池由于其具有高能量密度和低自放電率而具有可充電電池的巨大優(yōu)

勢。但傳統(tǒng)的鋰離子電池為非水電池，有毒且可能造成環(huán)境風(fēng)險。

[0006] 近來，具有安全、高功率、大容量的基于水性電解質(zhì)的可充電電池被廣泛研究。尤其是具有鋅金屬陽極的水性電解質(zhì)電池(鋅離子電池)，由于其具有豐度、高穩(wěn)定性、低成本

和無毒的特性，應(yīng)用前景廣泛。但是，這類型的堿性電池依舊存在缺點。

[0007] 通常，在含水堿性電池中，由于使用堿性電解質(zhì)，這些電池會表現(xiàn)出低循環(huán)性，堿性電解質(zhì)會具有很強的腐蝕性，并導(dǎo)致陰極和陽極中的電極插層性能下降。此外，如果發(fā)生

泄漏，堿性電解質(zhì)的存在可能對環(huán)境和人體都具有危險。

[0008] 另外，水系鋅電池在反復(fù)的充電和放電過程期間，由于鋅的溶解和鋅金屬沉淀物的不均勻累積而沉積在陽極表面上，有可能會堵塞離子通道，從而限制了電池的性能。此

外，在電池中不可避免的會形成鋅枝晶，鋅枝晶的存在會導(dǎo)致腐蝕，自放電以及潛在的短

路，可能帶來安全風(fēng)險并縮短電池循環(huán)壽命。

[0009] 為了克服缺陷，目前，可以將添加劑加入到可再充電電池中以增加充電容量并抑制枝晶的形成。添加劑由于可調(diào)節(jié)離子傳輸?shù)哪芰Χ诳沙潆婋姵刂刑峁┝司薮蟮膬?yōu)勢，

因此對電池的生產(chǎn)，速率性能和電池壽命產(chǎn)生了重大影響。比如專利CN201810012406.X、

CN201210286489.4公開了在電解液中加入聚乙二醇，專利CN201510474585.5公開了在電解

液中加入聚乙二醇辛基苯基醚，CN201410307591.7公開了在電解液中加入聚乙烯醇，這些

有機富氧化合物的加入，能夠抑制腐蝕和枝晶，但是，這種提高是有限的，所應(yīng)用的電池也

是小體積電池。專利CN2017102430154公開了在電解液中加入硫酸鎂，從而抑制陽極金屬離

子(例如鋅離子)在水溶液中充放電時存在的枝晶、腐蝕以及析氫等問題。

[0010] 此外，現(xiàn)有的水系鋅電池，體積較小，容量較小，而如果將體積增大，則會相應(yīng)的增大電極，增加集流體面積，將會導(dǎo)致以下缺陷：大面積的電池極板上電壓和電流分布相對不

均勻，導(dǎo)致正極表面局部產(chǎn)生過電勢，進而進一步產(chǎn)生鋅鹽沉淀副反應(yīng)；負極表面也會產(chǎn)生

局部過電勢，促進枝晶生長及鋅鹽沉淀，而較大的電流面密度也更容易產(chǎn)生更多的副反應(yīng)。

因此，如果需要得到大體積的水系鋅電池，需要解決枝晶和通道堵塞兩方面的問題。

發(fā)明內(nèi)容[0011] 針對以上缺陷，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種電解液，該電解液應(yīng)用在水系鋅電池中，能夠溶解鋅沉淀，抑制枝晶生長。

[0012] 本發(fā)明電解液，包括水性電解質(zhì)和添加劑，其中，所述添加劑為中性堿金屬鹽和富氧化合物，所述水性電解質(zhì)包括在充放電過程中能夠在陽極還原沉積為金屬且該金屬能可

逆氧化溶解的陽極金屬離子。

[0013] 優(yōu)選的，所述中性堿金屬鹽為堿金屬硫酸鹽；優(yōu)選所述中性堿金屬鹽為硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸銣、硫酸銫中的至少一種。

[0014] 進一步優(yōu)選的，中性堿金屬鹽在電解液中的摩爾濃度為0.1～0.8M。[0015] 優(yōu)選的，所述富氧化合物為聚乙二醇、聚山梨酸酯、壬基酚聚乙二醇醚、聚氧乙烯辛基苯基醚、聚丙二醇、聚縮水甘油、聚乙烯亞胺中的至少一種；更優(yōu)選所述富氧化合物為

聚乙二醇；更優(yōu)選所述富氧化合物為重均分子量為200～2000Da的聚乙二醇。

[0016] 進一步優(yōu)選的，富氧化合物在電解液中按重量計濃度為100ppm～200000ppm。[0017] 優(yōu)選的，所述電解液的pH值為4～6。[0018] 優(yōu)選的，所述陽極金屬離子為鋅離子。[0019] 優(yōu)選的，所述水性電解質(zhì)為鋅離子鹽和鋰離子鹽；更優(yōu)選在電解液中，鋅離子的摩爾濃度為0.1M～3M，鋰離子的摩爾濃度為0.1M～3M。

[0020] 優(yōu)選的，所述電解液中還包括溶劑，所述溶劑為水、醇中的至少一種；更優(yōu)選所述溶劑為水。

[0021] 本發(fā)明還提供一種電池。[0022] 本發(fā)明電池，包括陰極、陽極和電解液，所述電解液為上述電解液。[0023] 優(yōu)選的，所述陰極為鋰基電極材料。[0024] 進一步優(yōu)選的，所述陽極為鋅基電極材料。[0025] 本發(fā)明還提供一種電池組。[0026] 本發(fā)明電池組，包括若干個電池，所述電池本發(fā)明所述的電池。[0027] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：[0028] 本發(fā)明通過在電解液中加入中性堿金屬鹽以及PEG等富氧化合物，從而原位溶解氫氧化鋅沉淀，進一步重排氫氧化鋅沉淀并疏通離子通道，抑制金屬枝晶的形成，最終達到

提高電池容量和循環(huán)壽命的目的。

附圖說明[0029] 圖1為沒有添加劑的鋅鋰電池中，循環(huán)前以及100次充放電循環(huán)后電池中可溶鹽濃度的變化。

[0030] 圖2為添加劑疏導(dǎo)堵塞通道示意圖。[0031] 圖3為本發(fā)明電池的恒流比保持率。[0032] 圖4為實施例1中四組電池0.2C循環(huán)性能。[0033] 圖5為實施例2中電池不同倍率的循環(huán)性能。[0034] 圖6為實施例3中電池的循環(huán)性能。[0035] 圖7為實施例4中電池的循環(huán)性能。[0036] 圖8為實施例5中電池的循環(huán)性能。[0037] 圖9為實施例6中電池的循環(huán)性能。[0038] 圖10為實施例7中電池的循環(huán)性能。[0039] 圖11為實施例8中電池的循環(huán)性能。[0040] 圖12為實施例9中電池的循環(huán)性能。具體實施方式[0041] 在下面給出的描述中，可以參考水性鋅離子電池。然而，所描述的電解液可適用于非基于鋅的其他電池單元和電池組。

[0042] 一般的，在包括但不限定于鋅鋰電池(即鋰基陰極鋅基陽極)的水系電池中，充電時，在陰極發(fā)生鋰離子的脫嵌，在陽極發(fā)生鋅離子的還原和沉淀；而在放電期間，在陰極發(fā)

生鋰離子的嵌入反應(yīng)，鋅離子的氧化和溶解則在鋅陽極處發(fā)生。受充放電原理影響，鋅鋰電

池在循環(huán)使用過程中，電池性能通常受到限制，在恒定充電和放電過程中表現(xiàn)出較差的循

環(huán)性能，這可歸因于形成不溶性氫氧化鋅沉淀，該不溶物將會沉積在多孔電極中，從而降低

電池的容量。

[0043] 圖1示出了在普通鋅鋰電池中，循環(huán)使用前以及充放電循環(huán)100次后，電解液中可溶鹽的濃度變化，該濃度采用能量色散型X射線熒光分析儀(EDX?LEXRF)測試得到。從圖1

2+ 2?

可明顯看出，循環(huán)100次后，電解液中Zn 和SO4 離子明顯減少，表明該電池經(jīng)過多次循環(huán)

后，形成了不溶性Zn2(OH)2SO4沉淀。這種沉淀將會進入多孔電極中，堵塞電極中的離子通

道，影響離子的傳輸，并且增加電極內(nèi)阻，降低容量。

[0044] 此外，由于陽極金屬離子將會在陽極(即負極)發(fā)生離子的還原和沉淀，這將會不可避免的產(chǎn)生金屬枝晶，具體到鋅鋰電池中，在充電和放電的過程中，可導(dǎo)致在陽極表面上

形成鋅枝晶，由于重復(fù)的充放電循環(huán)，鋅枝晶可以從陽極向外生長，進一步的，將會刺穿隔

膜，甚至接近陰極。當(dāng)鋅枝晶到達陰極時，可以經(jīng)由包括鋅枝晶的鋅金屬在電極之間建立電

短路。這種電短路會導(dǎo)致電池故障，并且由于短路引起的電池過熱會進一步導(dǎo)致安全隱患，

這可能進一步導(dǎo)致“起火”。因此，在鋅鋰電池中，需要抑制枝晶的生長。

[0045] 而本發(fā)明研究發(fā)現(xiàn)，通過同時向電解液中添加中性堿金屬鹽和富氧化合物，不僅可以有助于溶解和重新排列Zn2(OH)2SO4沉淀，疏導(dǎo)電極內(nèi)通道使其保持更好的容量，還能

抑制和/或防止枝晶形成，保持電池良好的循環(huán)性能。

[0046] 因此，本發(fā)明的電解液，包括水性電解質(zhì)和添加劑，其中，所述添加劑為中性堿金屬鹽和富氧化合物，所述水性電解質(zhì)包括在充放電過程中能夠在陽極還原沉積為金屬且該

金屬能可逆氧化溶解的陽極金屬離子。

[0047] 其中，水性電解質(zhì)起著離子傳導(dǎo)的作用，通常為無機鹽，而本發(fā)明的電解液中，除了起離子傳導(dǎo)作用的水性電解質(zhì)，還需額外加入中性堿金屬鹽和富氧化合物，才能起到溶

解鋅沉淀，抑制鋅枝晶，提高電池循環(huán)性能的作用。

[0048] 作為本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方法，所述中性堿金屬鹽為堿金屬硫酸鹽，加入硫酸鹽，將會在不引入其他陰離子來影響電化學(xué)性能的前提下，在電解質(zhì)溶液中釋放堿金屬

離子，當(dāng)存在氫氧根陰離子時，它可以原位溶解氫氧化鋅沉淀，進一步重排氫氧化鋅沉淀并

疏通隧道，詳見圖2。其原理如下：

[0049][0050] 其中，M+為堿金屬離子。[0051] 優(yōu)選的，所述中性堿金屬鹽為硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸銣、硫酸銫中的至少一種。金屬性增加和中性堿金屬鹽相應(yīng)的氫氧化物的堿度增加的趨勢從Na，K，Ru到Cs逐漸增加，表明

羥基鋅沉淀物更容易就地溶解。在實際使用中，應(yīng)綜合考慮其他參數(shù)，如中性堿金屬鹽的溶

解度，堿性原子的水合離子半徑和成本。優(yōu)選地，中性堿金屬鹽在電解液中的摩爾濃度為

0.1～0.8M。本發(fā)明的M為摩爾濃度單位mol/L的簡寫。

[0052] 作為一些具體的實施方式，中性堿金屬鹽在電解液中的摩爾濃度可以為0.1M、0.15M、0.2M、0.25M、0.3M、0.35M、0.4M、0.45M、0.5M、0.55M、0.6M、0.65M、0.7M、0.75M、0.8M

等。

[0053] 富氧化合物為分子中富含氧原子的化合物，在電池電解液中添加富氧化合物，可以引導(dǎo)鋅離子均勻沉積，防止鋅聚集并阻止電池的電極之間枝晶的生長，從而防止電池短

路并改善循環(huán)性能。可以使用任意富含氧原子的化合物，作為優(yōu)選的實施方式，富氧化合物

為可以為聚乙二醇以及聚乙二醇的衍生物，比如聚山梨酸酯、壬基酚聚乙二醇醚、聚氧乙烯

辛基苯基醚等，也可以為其他富氧化合物比如聚丙二醇、聚縮水甘油，還可以為聚乙烯亞胺

等雜原子氮化合物中。

[0054] 優(yōu)選的，所述富氧化合物為聚乙二醇，更優(yōu)選的，所述富氧化合物為重均分子量Mw為200～2000Da的聚乙二醇。如無特殊說明，本發(fā)明中的分子量均為重均分子量。

[0055] 作為優(yōu)選方案，富氧化合物在電解液中按重量計濃度為100ppm～200000ppm。在本發(fā)明的一些實施方式中，富氧化合物在電解液中按重量計濃度可以為100ppm、500ppm、

1000ppm、1500ppm、2000ppm、5000ppm、10000ppm、15000ppm、20000ppm、50000ppm、

100000ppm、130000ppm、150000ppm、180000ppm、200000ppm等。

[0056] 中性堿金屬鹽和富氧化合物可以任意組合，均不影響本發(fā)明的效果。比如，包括但不限于硫酸鈉和聚乙二醇的組合、硫酸鈉和聚山梨酸酯的組合、硫酸鈉和壬基酚聚乙二醇

醚的組合、硫酸鈉和聚氧乙烯辛基苯基醚的組合、硫酸鈉和聚丙二醇的組合、硫酸鈉和聚縮

水甘油、硫酸鈉和聚乙烯亞胺的組合、硫酸鉀和聚乙二醇的組合、硫酸鉀和聚山梨酸酯的組

合、硫酸鉀和壬基酚聚乙二醇醚的組合、硫酸鉀和聚氧乙烯辛基苯基醚的組合、硫酸鉀和聚

丙二醇的組合、硫酸鉀和聚縮水甘油、硫酸鉀和聚乙烯亞胺的組合、硫酸銣和聚乙二醇的組

合、硫酸銣和聚山梨酸酯的組合、硫酸銣和壬基酚聚乙二醇醚的組合、硫酸銣和聚氧乙烯辛

基苯基醚的組合、硫酸銣和聚丙二醇的組合、硫酸銣和聚縮水甘油、硫酸銣和聚乙烯亞胺的

組合、硫酸銫和聚乙二醇的組合、硫酸銫和聚山梨酸酯的組合、硫酸銫和壬基酚聚乙二醇醚

的組合、硫酸銫和聚氧乙烯辛基苯基醚的組合、硫酸銫和聚丙二醇的組合、硫酸銫和聚縮水

甘油、硫酸銫和聚乙烯亞胺的組合。

[0057] 為了使電池性能更加的優(yōu)化，所述電解液的pH值為4～6。pH值為4～6的弱酸電池系統(tǒng)，一方面可以防止氫氧化鋅沉淀的產(chǎn)生。另一方面在加入添加劑后，可以促進原位溶解

氫氧化鋅沉淀，進一步重排氫氧化鋅沉淀并疏通通道。pH的范圍可以通過緩沖劑來調(diào)節(jié)。

[0058] 在本發(fā)明的一些實施方式中，電解液的pH值可以為pH4、pH4.3、pH4.5、pH4.7、pH5、pH5.3、pH5.5、pH5.8、pH6等。作為優(yōu)選方案，電解液的pH為4.7。

[0059] 電解液中的陽極金屬離子，在充電過程中在陽極能夠還原沉積為金屬，放電過程中該金屬可逆氧化為金屬離子。即在電池充電時，電解液中的陽極金屬離子還原成金屬，沉

積在陽極上；在電池放電時，該金屬氧化成為金屬離子并從陽極上溶出，進入電解液。優(yōu)選

地，陽極金屬離子為鋅離子。作為優(yōu)選方案，鋅離子的摩爾濃度為0.1M～3M。在本發(fā)明的一

些實施方式中，鋅離子的摩爾濃度可以為0.1M、0.3M、0.5M、0.7M、1M、1.2M、1.5M、1.8M、2M、

2.1M、2.4M、2.5M、2.8M、3M等。

[0060] 陽極金屬離子可以以氯酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、醋酸鹽、甲酸鹽、磷酸鹽等形式存在于電解液中，優(yōu)選的，陽極金屬離子以硫酸鹽形式存在于電解液中。

[0061] 電解液還包括參與陰極反應(yīng)的陰極離子。該陰極離子可以是在電池陰極發(fā)生嵌入和脫出的金屬離子或在充放電過程中參與陰極氧化還原反應(yīng)的離子。

[0062] 在本發(fā)明的實施方式中，該陰極離子是在電池陰極發(fā)生嵌入和脫出的金屬離子。在電池充電時，陰極中的該陰極離子脫出到電解液中；電池放電時，充電時脫出的該離子又

從電解液中嵌入到陰極材料中。優(yōu)選地，陰極離子為鋰離子。作為優(yōu)選方案，鋰離子的摩爾

濃度為0.1M～3M。在本發(fā)明的一些實施方式中，鋰離子的摩爾濃度可以為0.1M、0.3M、0.5M、

0.7M、1M、1.2M、1.5M、1.8M、2M、2.1M、2.4M、2.5M、2.8M、3M等。

[0063] 陰極離子可以以氯酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、醋酸鹽、甲酸鹽、磷酸鹽等形式存在于電解液中，優(yōu)選的，陰極離子以硫酸鹽形式存在于電解液中。

[0064] 本發(fā)明的電解液中還包括溶劑。采用溶劑的目的是用來溶解水性電解質(zhì)以及添加劑，并使得電解質(zhì)在溶劑中電離，最終在電解液中生成可自由移動的陽離子和陰離子。

[0065] 作為優(yōu)選的實施方式，本發(fā)明的溶劑優(yōu)選為水、醇中的至少一種。其中醇包括但不限于甲醇或乙醇。為了節(jié)約成本同時減小環(huán)境污染風(fēng)險，更優(yōu)選所述溶劑為水。

[0066] 本發(fā)明還提供一種電池，該電池單元包括陰極、陽極和電解液，所述電解液為本發(fā)明上述的電解液。

[0067] 本發(fā)明實施方式中，陰極可以包括陰極集流體和陰極活性物質(zhì)。[0068] 本發(fā)明對于陰極集流體沒有特殊限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要進行選擇。陰極集流體通常作為電子傳導(dǎo)和收集的載體，不參與電化學(xué)反應(yīng)，即在電池工作電壓范圍

內(nèi)，陰極集流體能夠穩(wěn)定的存在于電解液中而基本不發(fā)生副反應(yīng)，從而保證電池具有穩(wěn)定

的循環(huán)性能。陰極集流體的大小可根據(jù)電池的使用用途來確定。例如，如果在要求高能量密

度的大型電池中使用，則可以使用面積大的陰極集流體。對陰極集流體的厚度沒有特殊限

制，通常為1～100μm左右。對于陰極集流體的形狀也沒有特別地限定，例如可以為長方形或

圓形。對構(gòu)成陰極集流體的材料沒有特殊限制，例如，可以采用金屬、合金、碳基材料等。

[0069] 陰極集流體上具有陰極活性物質(zhì)。陰極活性物質(zhì)可以形成于集流體的一面，也可以形成于陰極集流體的兩面，本發(fā)明對陰極活性物質(zhì)沒有特殊規(guī)定，只要能可逆脫出?嵌入

金屬離子即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要適當(dāng)選擇。

[0070] 優(yōu)選的，所述陰極為鋰基電極材料，即可逆脫出?嵌入的金屬離子為鋰離子。在該情況下，優(yōu)選的，陰極活性物質(zhì)可以選自錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰或磷酸鐵鋰。

[0071] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，陰極可包含粘合劑。典型地，粘合劑是將鋰離子電池組件保持在一起的化合物，并且已知可提高這些類型的電池的壽命和容量。粘合劑可以是

任何現(xiàn)有的常規(guī)粘合劑，并且可以從本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的商業(yè)來源獲得。粘合劑可以選

自聚偏二氟乙烯，丁苯橡膠，羧甲基纖維素等中的一種或多種。

[0072] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，陰極還可包含炭黑。在本發(fā)明的一個具體實施方案中，炭黑可用作鋰離子電池復(fù)合陰極中的導(dǎo)電添加劑。已知炭黑有助于增強陰極的可循環(huán)

性。炭黑可以從本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何商業(yè)來源獲得。在本發(fā)明的特定實施方案中，電

極復(fù)合材料可包含0.1重量％至約30重量％的量的炭黑。

[0073] 本發(fā)明實施方式中，陽極可以包括陽極集流體和陽極活性物質(zhì)。[0074] 本發(fā)明對于陽極集流體沒有特殊要求。陽極集流體僅作為電子傳導(dǎo)和收集的載體，不參與電化學(xué)反應(yīng)。陽極集流體的材料可選自金屬Ni、Cu、Ag、Pb、Mn、Sn、Fe、Al或經(jīng)過鈍

化處理的上述金屬中的至少一種，或者單質(zhì)硅，或者碳基材料，或者不銹鋼或者經(jīng)鈍化處理

的不銹鋼。

[0075] 陽極集流體上具有陽極活性物質(zhì)。陽極活性物質(zhì)可以形成于集流體的一面，也可以形成于陽極集流體的兩面，本發(fā)明對陽極活性物質(zhì)沒有特殊規(guī)定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以

根據(jù)需要適當(dāng)選擇。

[0076] 在一個優(yōu)選實施方式中，所述陽極為鋅基電極材料。即陽極活性物質(zhì)為鋅。[0077] 在一個實施方式中，陽極活性物質(zhì)可以為鋅粉，采用粘結(jié)劑涂覆在陽極集流體上。在另一個實施方式中，陽極活性物質(zhì)可以采用鋅板，粘在集流體上。

[0078] 在一個優(yōu)選實施方式中，直接采用鋅片作為陽極，鋅片既作為陽極集流體，同時也為陽極活性物質(zhì)。此時，鋅片為用于陽極充放電的載體。

[0079] 在優(yōu)選的實施方式中，本發(fā)明的電池采用鋰基電極材料為陰極，鋅基電極材料為陽極，由此組成鋅鋰電池。

[0080] 在本發(fā)明中，電池可以不含隔膜。當(dāng)然，為了提供更好的安全性能，優(yōu)選在電解液中位于陰極與陽極之間還設(shè)有隔膜。隔膜可以避免其他意外因素造成的正負極相連而造成

的短路。

[0081] 本發(fā)明的隔膜沒有特殊要求，只要是允許電解液以及離子通過且電子絕緣的隔膜即可。有機鋰離子電池采用的各種隔膜，均可以適用于本發(fā)明。通常，隔膜允許在電極之間

輸送至少一些包括鋅離子在內(nèi)的離子。優(yōu)選地，隔膜可抑制和/或防止枝晶形成以及電池短

路。隔膜可以是多孔材料，并且可以從任何商業(yè)來源獲得。隔膜可以選自玻璃纖維，無紡布，

石棉膜，無紡聚乙烯膜，尼龍，聚乙烯，聚丙烯，聚偏二氟乙烯，聚丙烯腈，聚乙烯/丙烯雙層

隔板，聚丙烯/聚丙烯/聚丙烯三層隔板中的至少一種。

[0082] 作為本發(fā)明一個實施方式，采用本發(fā)明的電解液組裝成大體積電池，其中，電池集2 2

流體尺寸為7.35cm*4.45cm，陰極材料面密度為0.07g/cm ，0.2C電流面密度為1.1mA/cm。由

理論計算和實驗測試結(jié)果可知，正極集流體上下端電壓差約為12m，該電池的0.2C充電電

流為36mA。

[0083] 大面積的電池極板上電壓和電流分布相對不均勻，導(dǎo)致正極表面局部產(chǎn)生過電勢，進而產(chǎn)生鋅鹽沉淀副反應(yīng)，因此維持循環(huán)保持率難度更高。NAMS幫助溶解正極表面副反

應(yīng)所產(chǎn)生的難溶鋅鹽沉淀，減緩電池內(nèi)阻上升(恒流比保持率提高)，使電極得以保持穩(wěn)定，

提升循環(huán)壽命，恒流比保持率詳見圖3。圖3中，D1?1采用未添加任何添加劑的電解液，D1?2

采用添加中性堿金屬鹽的電解液，D1?3為采用添加聚乙二醇的電解液，S1采用同時添加中

性堿金屬鹽和聚乙二醇的電解液。

[0084] 此外，負極表面亦會產(chǎn)生局部過電勢，促進枝晶生長及鋅鹽沉淀等副反應(yīng)，本發(fā)明中由于NAMS和富氧化合物(如PEG)的協(xié)同作用，減緩副反應(yīng)、降低鋅鹽消耗，使電解液和添

加劑得以保持有效，從而使負極保持穩(wěn)定。

[0085] 較大的電流面密度容易產(chǎn)生更多的副反應(yīng)，因此由于較大的電池尺寸，穩(wěn)定循環(huán)的難度更高。需要在電解液中加入添加劑，才能提高循環(huán)穩(wěn)定性。

[0086] 本發(fā)明還提供一種電池組，包括若干個本發(fā)明所述的電池。電池組可包含由多個電池組成的電池模塊。電池可以串聯(lián)或并聯(lián)連接。特別地，將它們串聯(lián)連接。

[0087] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的具體實施方式做進一步的描述，并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。

[0088] 實施例1[0089] 電解液1(S1)的制備：[0090] 稱取一定量的硫酸鋰、硫酸鋅、硫酸鈉和聚乙二醇，全部加入去離子水中，使鋅離子濃度為2M，鋰離子濃度為2M，鈉離子濃度為0.8M，聚乙二醇的濃度為400ppm、分子量為

400，得到電解液S1。

[0091] 對比電解液1(D1?1)的制備：[0092] 稱取一定量的硫酸鋰和硫酸鋅，全部加入去離子水中，使鋅離子濃度為2.1M，鋰離子濃度為2.6M，得到電解液D1?1。

[0093] 對比電解液2(D1?2)的制備：[0094] 稱取一定量的硫酸鋰、硫酸鋅和硫酸鈉，全部加入去離子水中，使鋅離子濃度為2M，鋰離子濃度為2M，鈉離子濃度為0.8M，得到電解液D1?2。

[0095] 對比電解液3(D1?3)的制備：[0096] 稱取一定量的硫酸鋰、硫酸鋅和聚乙二醇，全部加入去離子水中，使鋅離子濃度為2.1M，鋰離子濃度為2.6M，聚乙二醇的濃度為400ppm，得到電解液D1?3。

[0097] 電池的制備：[0098] 以鋰基電極材料為陰極，以鋅基電極材料為陽極，分別采用上述電解液S1、D1?1、D1?2、D1?3，組裝得到的四組大體積電池。四組電池中，陰極、陽極隔膜均相同，僅有電解液

2

不同，電池集流體尺寸為7.35cm*4.45cm，陰極材料面密度為0.07g/cm。

[0099] 電池循環(huán)性能測試：[0100] 將上述四組電池進行0.2C充放電測試，測定其循環(huán)性能，其結(jié)果見圖4。圖中，D1?1采用未添加任何添加劑的電解液，D1?2采用添加中性堿金屬鹽的電解液，D1?3為采用添加

聚乙二醇的電解液，S1采用同時添加中性堿金屬鹽和聚乙二醇的電解液。

[0101] 從圖4可以明顯看出，在電解液中，單獨添加硫酸鈉，并不能改性循環(huán)性能，單獨添加PEG，可在一定程度上改善循環(huán)性能，而同時添加硫酸鈉和PEG，將會極大程度的提高循環(huán)

性能，電池的循環(huán)壽命明顯延長。

[0102] 實施例2[0103] 電解液2(S2)的制備：[0104] 稱取一定量的硫酸鋰、硫酸鋅、硫酸鈉和聚乙二醇，全部加入去離子水中，使鋅離子濃度為2M，鋰離子濃度為2.4M，鈉離子濃度為0.4M，聚乙二醇的濃度為400ppm、分子量為

400，得到電解液S2。

[0105] 采用實施例1的方法制備得到電池并測定其循環(huán)性能，其中S2電解液進行0.5C充放電測試，其結(jié)果見圖5。

[0106] 從圖5中可以看出，同時添加硫酸鈉和PEG，可同時提高0.2C和0.5C的倍率性能。[0107] 實施例3[0108] 電解液3(S3)的制備：[0109] 稱取一定量的硫酸鋰、硫酸鋅、硫酸鉀和聚乙二醇，全部加入去離子水中，使鋅離子濃度為2M，鋰離子濃度為2.4M，鉀離子濃度為0.4M，聚乙二醇的濃度為400ppm，得到電解

液S3。

[0110] 采用實施例1的方法制備得到電池并測定其循環(huán)性能，其結(jié)果見圖6。[0111] 從圖6可以看出，在本發(fā)明的電解液中，中性堿金屬鹽采用鈉鹽和鉀鹽均可以提高電池的循環(huán)壽命。

[0112] 實施例4、5[0113] 按照實施例1的方法，制備得到不同離子濃度的電解液，具體的濃度見表1。[0114] 表1[0115][0116] 按照實施例1的方法，用上述電解液分別組裝成電池，測定其循環(huán)性能，結(jié)果見圖7和圖8?？梢姡c未添加添加劑的電解液的對照組相比，加入本發(fā)明不同濃度的添加劑后，電

池的循環(huán)性能均有所提高。需要指出的是，這里S4和S5及其對應(yīng)的對照組D4和D5搭配了改

進后的正極配方。具體的，實施例1～3中的D1?1和S1、S2、S3的正極均采用鈦鉑集流體+1％

丁苯橡膠(SBR)；S4及其對照組D4的正極采用鈦鉑集流體+2％丁苯橡膠(SBR)+0.3％丁二腈

(SN)并且正極片外表面有石墨烯涂敷；S5及其對照組D5的正極采用不銹鋼集流體+2％丁苯

橡膠(SBR)+0.3％丁二腈(SN)。

[0117] 實施例6～9[0118] 按照實施例1的方法，制備得到不同離子濃度的電解液，具體的濃度見表2。[0119] 表2[0120][0121] 按照實施例1的方法，用上述電解液S6～S9分別組裝成電池，測定其循環(huán)性能，結(jié)果見圖9～12。可見，與未添加添加劑的電解液的對照組D6相比，加入本發(fā)明不同濃度的添

加劑后，電池的循環(huán)性能均有所提高。需要指出的是，這里S6～S9及其對應(yīng)的對照組D6搭配

了量產(chǎn)后的正極配方。具體的，正極采用不銹鋼集流體+2％丁苯橡膠(SBR)+0.3％丁二腈

(SN)。