CN105336955A - 电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池，包括正极、负极、及电解液，正极包括能够可逆脱出-嵌入第一金属离子的正极活性物质；电解液包括能够溶解电解质并使电解质电离的溶剂；电解液包括第一金属离子和第二金属离子，第二金属离子在充电过程中能够在负极还原沉积为第二金属，第二金属在放电过程中能够氧化溶解为第二金属离子；其中，正极还包括石墨导电剂SFG。本发明能够改善电池的自放电问题，提高电池的电化学性能。

Description

电池

技术领域

本发明属于电池领域，具体涉及一种基于内部离子交换的电池。

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。

新出现了一种基于内部离子交换的电池。该电池的工作原理为，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，目前该类电池自放电问题较为严重，会导致电池电化学性能迅速恶化，限制了该类电池的实际应用，因此，亟待寻找一种新的离子交换电池，能够改善电池的浮充问题和自放电问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种离子交换电池，能够改善离子交换电池的浮充问题和自放电问题，提高电池的电化学性能。

一种电池，包括正极、负极、及电解液，所述正极包括能够可逆脱出-嵌入第一金属离子的正极活性物质；所述电解液包括能够溶解电解质并使所述电解质电离的溶剂；所述电解液包括第一金属离子和第二金属离子，所述第二金属离子在充电过程中能够在所述负极还原沉积为第二金属，所述第二金属在放电过程中能够氧化溶解为第二金属离子；其中，所述正极还包括石墨导电剂SFG。

优选的，所述石墨导电剂SFG为SFG-6或SFG-15。

优选的，以所述正极的质量百分比为基准，所述石墨导电剂SFG的质量百分含量为5％～15％。

优选的，以所述正极的质量百分比为基准，所述石墨导电剂SFG的质量百分含量为10％～12％。

优选的，所述电解液的pH值为3～7。

优选的，所述溶剂为水或醇。

优选的，所述电解质中的阴离子包括硫酸根离子、氯离子、醋酸根离子或烷基磺酸根离子中一种或几种。

优选的，所述第一金属离子选自锂离子或钠离子。

优选的，所述第二金属离子为锰离子、铁离子、铜离子、锌离子、铬离子、镍离子、锡离子或铅离子。

优选的，所述电解液包括锂离子、锌离子和甲基磺酸根离子。

优选的，所述电解液中，所述锂离子的浓度为3mol/L，所述锌离子的浓度为4mol/L，所述甲基磺酸根离子的浓度为7mol/L。

优选的，所述正极活性物质选自LiMn₂O₄、LiFePO₄或LiCoO₂中一种或几种。

优选的，以所述正极的质量百分比为基准，所述正极活性物质的质量百分含量为80％～90％。

优选的，所述正极还包括正极粘结剂。

优选的，所述正极粘结剂选自聚乙烯氧化物、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几种。

优选的，所述电池还包括位于正极和负极之间的隔膜。

本发明通过在采用石墨导电剂SFG作为正极导电剂，改善了电池的浮充问题和自放电问题，提高了电池浮充后的循环性能和自放电后的容量保持率，进而提高了电池的电化学性能和安全性能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为实施例对应电池和对比例对应电池的循环性能图。

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。

本发明提供一种电池，包括正极、负极、及电解液，正极包括能够可逆脱出-嵌入第一金属离子的正极活性物质；电解液包括能够溶解电解质并使电解质电离的溶剂；电解液包括第一金属离子和第二金属离子，第二金属离子在充电过程中能够在负极还原沉积为第二金属，第二金属在放电过程中能够氧化溶解为第二金属离子；其中，正极还包括石墨导电剂SFG。

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，并沉积在负极上。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。

电池的正极包括正极活性物质，正极活性物质参与正极反应，并且能够可逆脱出-嵌入第一金属离子。

优选的，第一金属离子选自锂离子或钠离子。

正极活性物质可以是符合通式Li_1+xMn_yM_zO_k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Li_1+xM_yM′_zM″_cO_2+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。

正极活性物质还可以是符合通式Li_xM_1-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，正极活性物质选自LiMn₂O₄、LiFePO₄或LiCoO₂中一种或几种。

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Li_1+xMn_yM_zO_k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Li_xM_1-yM′_y(XO₄)_n和Li_1+xM_yM′_zM″_cO_2+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、LiM_xPO₄、LiM_xSiO_y(其中M为一种变价金属)等化合物。此外，本发明的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。

具体的，正极还包括负载正极活性物质的正极集流体，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。

正极集流体的材料选自碳基材料、金属或合金中的一种。

碳基材料选自玻璃碳、石墨箔、石墨片、泡沫碳、碳毡、碳布、碳纤维中的一种。在具体的实施方式中，正极集流体为石墨，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％。

金属包括Ni、Al、Fe、Cu、Pb、Ti、Cr、Mo、Co、Ag或经过钝化处理的上述金属中的一种。

合金包括不锈钢、碳钢、Al合金、Ni合金、Ti合金、Cu合金、Co合金、Ti-Pt合金、Pt-Rh合金或经过钝化处理的上述金属中的一种。

不锈钢包括不锈钢网、不锈钢箔，不锈钢的型号包括但不仅限于不锈钢304或者不锈钢316或者不锈钢316L中的一种。

优选的，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)。

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。

更加优选的，正极还包括负载正极活性物质的复合集流体，复合集流体包括正极集流体和包覆在正极集流体上导电膜。

导电膜的选材必须满足在水系电解液中可以稳定存在、不溶于电解液、不发生溶胀、高电压不能被氧化、易于加工成致密、不透水并且导电的膜。一方面，导电膜对正极集流体可以起到保护作用，避免水系电解液对正极集流体的腐蚀。另一方面，有利于降低正极片与正极集流体之间的接触内阻，提高电池的能量。

优选的，导电膜的厚度为10μm～2mm，导电膜不仅能够有效的起到保护正极集流体的作用，而且有利于降低正极活性物质与正极集流体之间的接触内阻，提高电池的能量。

正极集流体具有相对设置的第一面和第二面，优选的，正极集流体的第一面和第二面均包覆有导电膜。

导电膜包含作为必要组分的聚合物，聚合物占导电膜的重量比重为50～95％，优选的，聚合物选自热塑性聚合物。为了使导电膜能够导电，有两种可行的形式：(1)聚合物为导电聚合物；(2)除了聚合物之外，导电膜还包含导电填料。

导电聚合物选材要求为具有导电能力但电化学惰性，即不会作为电荷转移介质的离子导电。具体的，导电聚合物包括但不仅限于聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚苯硫醚、聚苯胺、聚丙烯腈、聚喹啉、聚对苯撑(polyparaphenylene)及其任意混合物。导电聚合物本身就具有导电性，但还可以对导电聚合物进行掺杂或改性以进一步提高其导电能力。从导电性能和电池中的稳定使用考量，导电聚合物优选聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩和聚乙炔。

同样的，导电填料的选材要求为表面积小、难于氧化、结晶度高、具有导电性但电化学惰性，即不会作为电荷转移介质的离子导电。

导电填料的材料包括但不仅限于导电聚合物、碳基材料或金属氧化物。导电填料在导电膜中的质量百分比范围为5～50％。导电填料的平均粒径并没有特别限定，通常范围在100nm～100μm。

当导电膜中包含导电填料时，导电膜中的聚合物优选包含起到结合导电填料作用的非导电聚合物，非导电聚合物增强了导电填料的结合，改善了电池的可靠性。优选的，非导电聚合物为热塑性聚合物。

具体的，热塑性聚合物包括但不仅限于聚烯烃如聚乙烯、聚丙烯，聚丁烯，聚氯乙烯，聚苯乙烯，聚酰胺，聚碳酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲醛，聚苯醚，聚砜，聚醚砜、丁苯橡胶或聚偏氟乙烯中的一种或多种。其中，优选为聚烯烃、聚酰胺和聚偏氟乙烯。这些聚合物容易通过热而熔化，因此容易与正极集流体复合在一起。此外，这些聚合物具有大电位窗口，从而使正极稳定并为电池输出密度节省重量。优选的，导电膜通过热压复合、抽真空或喷涂的方式结合到正极集流体上。

在具体的实施方式中，制备正极时，除了正极活性物质之外，还包括石墨导电剂SFG。以正极的质量百分比为基准，其中，活性物质的质量百分含量为80％～90％。本发明中，在正极添加石墨导电剂SFG，相对于添加石墨导电剂KS以及乙炔黑等其他各种常用正极导电剂而言，不仅具有良好的导电性，还具有各向异性，添加在本发明的电池体系正极中，能够明显改善电池的浮充问题和自放电问题，提高电池性能。正极所添加的石墨导电剂SFG可以包括SFG-6或SFG-15等各种不同颗粒尺寸或者不同性能参数的SFG中的一种或几种，具体的，以正极的质量百分比为基准，添加到正极中的石墨导电剂SFG的质量百分含量为5％～10％。进一步优选的，以正极的质量百分比为基准，添加到正极中的石墨导电剂SFG的质量百分含量为10％～12％。石墨导电剂SFG可以直接与正极活性物质混合制备正极浆料从而制得正极，也可以其他方式加入到正极中。

在具体的实施方式中，制备正极时，除了正极活性物质和石墨导电剂SFG之外，通常可能还会添加正极粘结剂来提升正极的性能。

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。优选的实施方式中，第二金属离子为锰离子、铁离子、铜离子、锌离子、铬离子、镍离子、锡离子或铅离子。

电池的负极，根据结构以及作用的不同，可以为以下三种不同的形式：

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。

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。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。

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。

电池的电解液中，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。

溶剂优选为水和/或醇。其中醇包括但不限于甲醇或乙醇。

电解液包括第一金属离子和第二金属离子，其中，电解液中的第一金属离子，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。

电解液中的第二金属离子，在充放电过程中在负极能够还原沉积为第二金属且第二金属能可逆氧化溶解。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。

优选的，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，本发明的第一金属离子选自锂离子，同时第二金属离子选自锌离子，即电解液中阳离子为锂离子和锌离子。

电解液中阴离子，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、醋酸根离子、甲酸根离子、磷酸根离子、烷基磺酸根离子及其混合等。具体的，烷基磺酸根离子可为甲基磺酸根离子等。

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。

优选的，在电解液中，第一金属离子的浓度为0.1～10mol/L。

优选的，在电解液中，第二金属离子的浓度为0.5～15mol/L。

优选的，在电解液中，阴离子的浓度为0.5～12mol/L。

优选的，电解液中包括锂离子、锌离子和硫酸根离子，其中，锂离子的浓度为2mol/L，锌离子的浓度为2mol/L，硫酸根离子的浓度为3mol/L，即为硫酸锌浓度为2mol/L、硫酸锂浓度为1mol/L的电解液。

优选的，电解液中包括锂离子、锌离子和甲基磺酸根离子，其中，锂离子的浓度为3mol/L，锌离子的浓度为2mol/L，甲基磺酸根离子的浓度为7mol/L，即为甲基磺酸锌浓度为2mol/L、甲基磺酸锂浓度为3mol/L的电解液。采用该电解液与石墨导电剂SFG作为正极导电剂配合使用，相对于与其他电解液的配合，能够更好的改善电池的浮充问题以及自放电问题。

优选的，电解液还可以为包括锂离子、锌离子、硫酸根离子和甲基磺酸根离子，即可为1mol/L硫酸锂和2mol/L硫酸锌，以及3mol/L甲基磺酸锂和2mol/L甲基磺酸锌的混合电解液，具体可为各种比例的混合，如1mol/L硫酸锂和2mol/L硫酸锌占电解液质量百分数的25％，3mol/L甲基磺酸锂和2mol/L甲基磺酸锌占电解液质量百分数的75％；或者，1mol/L硫酸锂和2mol/L硫酸锌占电解液质量百分数的50％，3mol/L甲基磺酸锂和2mol/L甲基磺酸锌占电解液质量百分数的50％等。

优选的，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问题的发生。

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。

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、玻璃纤维AGM或AFG等其他材料。

在一优选实施方式下，隔膜为将电解液分隔为正极电解液和负极电解液的隔膜。即将第一金属离子限制在正极电解液中，第二金属离子限制在负极电解液中，这样隔膜能阻止正负极电解液的相互污染，可选择更加适合正极或负极的电解液，但不影响离子电荷传递。例如采用阴离子交换膜、或者氢离子交换膜作为隔膜，位于正极电解液中第一金属离子不能通过隔膜，故而不能进入负极电解液，只能限制在正极电解液中；位于负极电解液中第二金属离子也不能通过隔膜，故而也不能进入正极电解液，只能限制在负极电解液中。但是电解液中阴离子或氢离子可以自由通过，故并不影响电解液中离子电荷传递。

本发明的电池，在正极加入石墨导电剂SFG作为电池的正极导电剂，能够改善电池的自放电问题，提高电池浮充后的容量恢复率，同时也提高了电池的安全性能，并增加了电池的使用性能。

下面通过实施例对本发明进一步说明。

实施例1

将锰酸锂LMO、石墨导电剂SFG-6、粘结剂PVDF按照质量比86:7:7在水中混合，形成均匀的正极浆料。将正极浆料涂覆在正极集流体上形成活性物质层，随后将其进行压片。

采用锌箔作为负极，AFG薄膜作为隔膜。

称取一定质量的硫酸锌、硫酸锂，加入水中溶解，配置成硫酸锌浓度为2mol/L、硫酸锂浓度为1mol/L的电解液。

将正极、负极以及隔膜组装成电芯，装入壳体内，然后注入电解液，封口，组装成容量在0.7mAh～1.2mAh的扣式电池，记作S1。

实施例2

与实施例1的不同之处在于：称取一定质量的甲基磺酸锌、甲基磺酸锂，加入水中溶解，配置成甲基磺酸锌浓度为2mol/L、甲基磺酸锂浓度为3mol/L的电解液。组装成容量在0.7mAh～1.2mAh的扣式电池，记作S2。

实施例3

与实施例1的不同之处在于：称取一定质量的硫酸锌、硫酸锂，加入水中溶解，配置成硫酸锌浓度为2mol/L、硫酸锂浓度为1mol/L的电解液A；再称取一定质量的甲基磺酸锌、甲基磺酸锂，加入水中溶解，配置成甲基磺酸锌浓度为2mol/L、甲基磺酸锂浓度为3mol/L的电解液B；取质量百分比为75％的电解液A与质量百分比为25％的电解液B混合，作为注入到电池中的电解液。组装成容量在0.7mAh～1.2mAh的扣式电池，记作S3。

实施例4

与实施例1的不同之处在于：将锰酸锂LMO、石墨导电剂SFG-6、粘结剂PVDF按照质量比83:7:10在水中混合，形成均匀的正极浆料组装成容量在0.7mAh～1.2mAh的扣式电池，记作S4。

实施例5

与实施例1的不同之处在于：最后所组装的不是扣式电池，而是swagelok电池，容量同样在0.7mAh～1.2mAh。具体为swagelok公司的一种塑料模具，通过不锈钢棒和石墨棒将负极、隔膜以及正极压在一起，组装所得电池，记作S5。

实施例6

将锰酸锂LMO、石墨导电剂SFG-15、粘结剂SBR和CMC按照质量比90:5:2.5:2.5在水中混合，混合形成均匀的正极浆料。将正极浆料涂覆在包覆有导电膜的正极集流体(50μm的不锈钢丝网)两面上形成活性物质层，随后将其进行压片，剪裁成6cm×6cm大小，制成正极。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。

称取一定质量的硫酸锌、硫酸锂，加入水中溶解，配置成硫酸锌浓度为2mol/L、硫酸锂浓度为1mol/L的电解液。

将电解液滴加到隔膜的一侧，再将正极、隔膜、负极层叠组装成电芯，隔膜滴加的一侧面向负极设置；然后装入壳体内，组装成容量在250mAh左右的电池。得到的电池，记作S6。

对比例1

与实施例1的不同之处在于：石墨导电剂为KS-15。

组装所得电池，记作D1。

对比例2

与实施例2的不同之处在于：石墨导电剂为KS-6。

组装所得电池，记作D2。

对比例3

与实施例3的不同之处在于：石墨导电剂为KS-6。

组装所得电池，记作D3。

对比例4

与实施例4的不同之处在于：石墨导电剂为KS-15。

组装所得电池，记作D4。

对比例5

与实施例5的不同之处在于：石墨导电剂为KS-15。

组装所得电池，记作D5。

对比例6

与实施例6的不同之处在于：石墨导电剂为KS-15。

组装所得电池，记作D6。

浮充电流密度测试

将电池在室温下，2.1V浮充电压下浮充24小时，取其平均浮充电流密度值。另外，同样在2.1V浮充电压下，分别测试电池在一周循环以及两周循环后的浮充电流密度值。

循环性能测试

将电池在室温下，以4C倍率在1.4V～2.1V电压范围内进行充放电循环测试。

自放电性能测试

先将S1、S4、D1和D4电池在室温下放置一天，再在室温条件下以4C倍率在1.4V～2.1V电压范围内测试电池的放电容量，将该电池容量与未在室温下放置一天的相应电池容量进行比较，得到电池在室温下放置一天之后的容量损失率。

另外，将S5和D5电池在60℃下放置一天，再在室温条件下以0.2C倍率在1.4V～2.1V电压范围内测试电池的放电容量，将该电池容量与未在60℃下放置一天的相应电池容量进行比较，得到电池在60℃下放置一天之后的容量保持率。

表1

电池序号	S1	S2	S3	D2	D3
						浮充电流密度值(mA/g)	0.83	0.23	0.49	2.16	0.79

表2

表1和表2为实施例和对比例电池的浮充电流密度值的比较，可以看出，在同样条件下，实施例对应电池的浮充电流密度值都明显低于对比例对应电池的浮充电流密度值，说明实施例对应电池在浮充条件下收到的影响更小，浮充给电池性能所带来的不良影响也会更小。另外，采用石墨导电剂SFG作为正极导电剂，与含有甲基磺酸锌和甲基磺酸锂的电解液搭配，电池的浮充电流密度值会更低，对电池浮充问题的改善效果更佳。

表3

电池序号	S1	S5	D1	D5
					循环300周后容量保持率(％)	69.4	65.9	62.7	61.6
循环500周后容量保持率(％)	61.3	50.5	54.9	47.1
					循环1000周后容量保持率(％)	43.4	42.1	34.6	15.4

图1为实施例对应电池和对比例对应电池的循环性能图，表3为实施例对应电池和对比例对应电池的经过不同次数循环后的容量保持率数据，从图1和表3中都能看出，不论是组装的扣式电池还是组装的swagelok电池，同样类型电池下，实施例对应电池的循环性都明显优于对比例对应电池的循环性能。

表4

表4为实施例对应电池和对比例对应电池在室温下放置一天后的容量损失情况，可以看出，实施例对应电池的容量损失率明显低于对比例对应电池的容量损失率，说明采用本发明的方案使电池的自放电问题得到了明显改善。

表5

表5为S6和D6电池在60℃下放置一天后的容量损失情况，S6和D6为250mAh的大电池，可以看出，实施例对应电池的容量保持率明显高于对比例对应电池的容量损失率，说明采用本发明的方案使电池的自放电问题得到了明显改善。

通过以上浮充电流数据、循环性能数据以及自放电数据，均能充分说明实施例对应电池的电化学性能得到明显提高，而且不论是组装扣式电池或者swagelok电池这种小电池，还是组装工业生产的250mAh这种大电池，采用石墨导电剂SFG作为正极导电剂，相对于采用石墨导电剂KS或者其他类型导电剂，都能够更好的提高电池的电化学性能，尤其是能够明显提高电池的循环性能，改善电池的自放电问题，提高电池的浮充寿命。

尽管发明人已经对本发明的技术方案做了较详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例作出修改和/或变通或者采用等同的替代方案是显然的，都不能脱离本发明精神的实质，本发明中出现的术语用于对本发明技术方案的阐述和理解，并不能构成对本发明的限制。

Claims (16)

1.一种电池，包括正极、负极、及电解液，所述正极包括能够可逆脱出-嵌入第一金属离子的正极活性物质；所述电解液包括能够溶解电解质并使所述电解质电离的溶剂；所述电解液包括第一金属离子和第二金属离子，所述第二金属离子在充电过程中能够在所述负极还原沉积为第二金属，所述第二金属在放电过程中能够氧化溶解为第二金属离子；其特征在于：所述正极还包括石墨导电剂SFG。

2.如权利要求1所述的电池，其特征在于：所述石墨导电剂SFG为SFG-6或SFG-15。

3.如权利要求1所述的电池，其特征在于：以所述正极的质量百分比为基准，所述石墨导电剂SFG的质量百分含量为5％～15％。

4.如权利要求1所述的电池，其特征在于：以所述正极的质量百分比为基准，所述石墨导电剂SFG的质量百分含量为10％～12％。

5.如权利要求1所述的电池，其特征在于：所述电解液的pH值为3～7。

6.如权利要求1所述的电池，其特征在于：所述溶剂为水或醇。

7.如权利要求1所述的电池，其特征在于：所述电解液中的阴离子包括硫酸根离子、氯离子、醋酸根离子或烷基磺酸根离子中一种或几种。

8.如权利要求1所述的电池，其特征在于：所述第一金属离子选自锂离子或钠离子。

9.如权利要求1所述的电池，其特征在于：所述第二金属离子为锰离子、铁离子、铜离子、锌离子、铬离子、镍离子、锡离子或铅离子。

10.如权利要求1所述的电池，其特征在于：所述电解液包括锂离子、锌离子和甲基磺酸根离子。

11.如权利要求10所述的电池，其特征在于：所述电解液中，所述锂离子的浓度为3mol/L，所述锌离子的浓度为4mol/L，所述甲基磺酸根离子的浓度为7mol/L。

12.如权利要求1所述的电池，其特征在于：所述正极活性物质选自LiMn₂O₄、LiFePO₄或LiCoO₂中一种或几种。

13.如权利要求1所述的电池，其特征在于：以所述正极的质量百分比为基准，所述正极活性物质的质量百分含量为80％～90％。

14.如权利要求1所述的电池，其特征在于：所述正极还包括正极粘结剂。

15.如权利要求14所述的电池，其特征在于：所述正极粘结剂选自聚乙烯氧化物、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几种。

16.如权利要求1所述的电池，其特征在于：所述电池还包括位于正极和负极之间的隔膜。