本申请涉及电池领域,尤其涉及一种电解液、电池和用电设备。
背景技术:
1、金属空气电池作为可持续绿色化学电源,因其高能量密度和容量、低成本、高安全性等优势受到高度关注。其包括锂氧电池(lob)、钠氧电池(nob)、钾氧电池(kob)、锌氧电池和铝氧电池;下面以锂氧电池为例对金属空气电池进行说明,锂氧电池因其高比能(3505wh/kg)而备受下一代能量存储设备的关注。然而锂氧电池在发展的过程中,其正极反应过程中依旧存在严重的问题:放电时氧还原反应(orr)生成的产物过氧化锂(li2o2)因氧化分解成氧气(oer)的过程迟缓,通常需要施加较高的充电电压(>4v),从而引发碳正极、电解液的副反应,对多孔正极造成堵塞,影响后续反应位点;同时li2o2较差的导电性会钝化正极表面,从而导致电池循环效率、容量以及倍率性能较差。因此,如何对放电产物的结构进行调控,提升放电产物的导电性,进而提升电池的循环性能和倍率性能是实现氧气电池大规模应用于储能系统的根本。
技术实现思路
1、本发明目的:本申请实施例提供一种电解液,可以提升电池的循环性能和倍率性能。
2、本申请第一方面提供一种电解液,包括金属盐和添加剂,所述金属盐具有第一阳离子和第一阴离子,所述添加剂具有第二阳离子和第二阴离子;
3、其中,所述第一阳离子与所述第二阳离子相同,且所述第一阴离子和所述第二阴离子不同;
4、或者,所述第一阴离子和第二阴离子相同,所述第二阳离子的离子半径大于所述第一阳离子的离子半径。
5、在一些实施方式中,所述第一阳离子选自li+、na+、k+、al3+、zn2+中的任意一种;
6、所述第一阴离子选自(cf3so2)2n-、pf6-、cf3so3-中的任意一种;
7、所述第二阳离子选自na+、k+、cs+、mg2+、ca2+、zn2+、co2+、ni2+中的任意一种;
8、所述第二阴离子选自f-、cl-、br-、i-中的任意一种。
9、在一些实施方式中,当所述金属盐为锂盐时,所述添加剂选自nan(cf3so2)2、kn(cf3so2)2、csn(cf3so2)2、mg[n(cf3so2)2]2、ca[n(cf3so2)2]2、zn[n(cf3so2)2]2、co[n(cf3so2)2]2、ni[n(cf3so2)2]2、lif、licl、libr、lii中的任意一种;
10、当所述金属盐为钠盐时,所述添加剂选自kn(cf3so2)2、csn(cf3so2)2、ca[n(cf3so2)2]2、naf、nacl、nabr、nai中的任意一种;
11、当所述金属盐为钾盐时,所述添加剂选自csn(cf3so2)2、kf、kcl、kbr、ki中的任意一种;
12、当所述金属盐为铝盐时,所述添加剂选自lin(cf3so2)2、nan(cf3so2)2、kn(cf3so2)2、csn(cf3so2)2、mg[n(cf3so2)2]2、ca[n(cf3so2)2]2、zn[n(cf3so2)2]2、co[n(cf3so2)2]2、ni[n(cf3so2)2]2、alf3、alcl3、albr3、ali3中的任意一种;
13、当所述金属盐为锌盐时,所述添加剂选自nan(cf3so2)2、kn(cf3so2)2、csn(cf3so2)2、ca[n(cf3so2)2]2、znf2、zncl2、znbr2、zni2中的任意一种。
14、在一些实施方式中,所述锂盐选自lin(cf3so2)2、lipf6、licf3so3中的任意一种;
15、所述钠盐选自nan(cf3so2)2、napf6、nacf3so3中的任意一种;
16、所述钾盐选自kn(cf3so2)2、kpf6、kcf3so3中的任意一种;
17、所述铝盐选自al[n(cf3so2)2]3、al(pf6)3、al(cf3so3)3中的任意一种;
18、所述锌盐选自zn[n(cf3so2)2]2、zn(pf6)2、zn(cf3so3)2中的任意一种。
19、在一些实施方式中,所述添加剂在所述电解液中的摩尔浓度为x,满足:0<x<0.6mol/l。
20、在一些实施方式中,所述添加剂在所述电解液中的摩尔浓度为x,满足:0.2≤x≤0.4mol/l。
21、在一些实施方式中,所述金属盐在所述电解液中的摩尔浓度为y,满足:0.8≤y≤2.0mol/l。
22、在一些实施方式中,所述电解液还包括有机溶剂,所述有机溶剂在所述电解液中的质量百分含量为60~80wt%。
23、本申请的第二方面提供一种电池,包括如前所述的电解液。
24、本申请第三方面提供一种用电设备,包括如前所述的电池。
25、有益效果:
26、本申请提供一种电解液,包括金属盐和添加剂,金属盐具有第一阳离子和第一阴离子,添加剂具有第二阳离子和第二阴离子;其中,第一阳离子与第二阳离子相同,且第一阴离子和第二阴离子不同;或者,第一阴离子和第二阴离子相同,第二阳离子的离子半径大于第一阳离子的离子半径。本申请通过在电解液中引入异质离子,异质离子在晶粒氧化物成核生长过程中可以进入晶粒内部,导致放电产物原有的晶格环境被破坏,产生更多的缺陷,进而提升放电产物的离子电导率,降低电池的过电势,提升电池的循环性能。
27、进一步地,本申请通过在电解液中引入异质金属离子,异质金属离子由于具有更大的溶剂化半径,导致其路易斯酸性较弱,而根据软硬酸碱理论,会更好地稳固路易斯碱性较弱的超氧根,充分促进氧气电池溶液相反应,形成大颗粒的放电产物,大幅提高电池的电化学性能。最后,本申请的方案简单易行,适于工业化生产,在大规模储能领域具有潜在应用前景。
1.一种电解液,其特征在于,包括金属盐和添加剂,所述金属盐具有第一阳离子和第一阴离子,所述添加剂具有第二阳离子和第二阴离子;
2.根据权利要求1所述的电解液,其特征在于,所述第一阳离子选自li+、na+、k+、al3+、zn2+中的任意一种;
3.根据权利要求2所述的电解液,其特征在于,
4.根据权利要求3所述的电解液,其特征在于,所述锂盐选自lin(cf3so2)2、lipf6、licf3so3中的任意一种;
5.根据权利要求1所述的电解液,其特征在于,所述添加剂在所述电解液中的摩尔浓度为x,满足:0<x<0.6mol/l。
6.根据权利要求1所述的电解液,其特征在于,所述添加剂在所述电解液中的摩尔浓度为x,满足:0.2≤x≤0.4mol/l。
7.根据权利要求1所述的电解液,其特征在于,所述金属盐在所述电解液中的摩尔浓度为y,满足:0.8≤y≤2.0mol/l。
8.根据权利要求1所述的电解液,其特征在于,所述电解液还包括有机溶剂,所述有机溶剂在所述电解液中的质量百分含量为60~80wt%。
9.一种电池,其特征在于,包括如权利要求1~8中任一项所述的电解液。
10.一种用电设备,其特征在于,包括如权利要求9所述的电池。
