水系二次电池制造技术

本发明专利技术涉及一种水系二次电池，特别是一种碱性水系二次锂离子电池及其制备方法和用途，同时，本发明专利技术也涉及一种水系二次电池用电解液。所述电池，包括正极，负极和电解液，所述正极活性物质为NMC型活性物质并能够可逆脱出‑嵌入离子；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；所述电解质包括正极活性物质能够可逆脱出‑嵌入的离子；所述电解液的pH>8，充放电电压范围为1.40‑2.10V，本发明专利技术中正极导电剂中碳的氧化腐蚀得到抑制，负极的析氢的现象也得到减缓。

【技术实现步骤摘要】
水系二次电池
本专利技术属于电化学储能领域，具体涉及一种水系二次电池，特别是一种碱性水系二次锂离子电池以及该电池的制备方法和用途，同时，本专利技术也涉及一种水系二次电池用电解液。
技术介绍
随着石油资源的不断消耗和环境污染的日益加剧,发展风能、太阳能等可再生能源及电动汽车已经成为全球性的课题,其关键的技术瓶颈之一是储能电池。目前所发展的二次混合电池主要集中在锂离子电池，高温钠硫电池，钠镍氯电池和钒液流电池。这些电池都具有各自的优点。其中，锂离子电池是目前所有二次混合电池中比能量最高、工作电压最高、平均循环寿命最长以及自放电率最低的化学电池，它为电子产品的小型化和轻型化提供了保证。传统的锂离子电池能量密度较高，能达到120～200Wh/kg，但采用的有机电解质导电性能差、成本高、生产条件苛刻，尤其是其安全性能得不到绝对保障，使用上受到了限制。针对上述问题,用水系电解液代替有机电解液被认为是最有前景的方法之一，水系电解液的离子电导率比有机系电解液高2个数量级,因此电池具有更高的功率密度，由于不需要无水操作环境等苛刻条件,水系锂离子电池的生产成本大大降低。为此，很多研究者都致力于水系锂离子电池的研究。通常使用的水系锂离子正极活性物质如LiMn2O4、LiCoO2、LiFePO4。由于考虑到电解液pH与析氢/析氧电位的关系，以及避免循环性能进一步恶化，传统水性锂离子二次混合电池的电解液的pH值一般控制在弱酸性至者弱碱性的范围，同时电池的工作电压一般达到1.2V左右。文献1：CN102903973A公开了一种低成本、安全可靠的水系锂离子二次混合电池，其使用的电解液的pH的范围为3-7，适合作为大型储能领域的储能体系以及传统铅酸电池的替代品。文献2：CN105098187A公开了一种自放电低的水系锂离子二次混合电池，其正极包括LiMn2O4、LiCoO2、LiFePO4等正极活性物质以及改性剂组分，电解液的pH的范围为3-7。文献3：<HybridAqueousEnergyStorageCellsUsingActivatedCarbonandLithium-IntercalatedCompounds:I.TheC/LiMn2O4System>,J.Electrochem.Soc,2006-153,A450.发现了LiMn2O4在pH为7附近的溶液中能发生稳定的嵌入/脱嵌反应。文献4：<ElectrochemicalbehaviorofLiCoO2asaqueouslithium-ionbatteryelectrodes>,ElectrochemCommun,2009,11:247–249.研究发现LiCoO2在pH为7的5mol/L的LiNO5溶液中具有良好的循环寿命。截至目前，已经提出的水系锂离子二次混合电池的结构都未能摆脱基于锂离子脱出/嵌入原理的结构，比如己经有报道的VO2/LiMn204,LiV308/LiNi0.81Co0.1902,TiP207/LiMn204,LiTi2(P04)3/LiMn204,LiV3O8/LiCoO2等。
技术实现思路
专利技术要解决的问题本专利技术旨在提供一种在低成本、安全可靠的电池，所述电池在碱性条件下正极附近产生的气体以氧气形式析出，避免了产生碳氧化物的产生，从而能够减少对于正极中的碳的消耗或损失。电池的充放电电压范围为1.40-2.10V，电池容量为80-300mAh/g。本专利技术的另一目的在于提供一种水系二次电池用，特别是水系二次锂离子电池用的电解液，所述电池电解液的pH>8，其至少包括参与正极反应的离子，并可以进一步包括参与负极反应的离子。所述参与正极反应的离子包括至少一种正极活性物质能够可逆脱出-嵌入的离子，并优选为锂离子。所述参与负极反应的离子包括至少一种充放电过程中在所述负极发生还原-沉积和氧化-溶解的活性离子，并优选为锌离子。用于解决问题的方案本专利技术以如下方案进行实施：本专利技术的水系二次电池，包括正极，负极和电解液，所述正极包括正极集流体和正极活性物质；所述正极活性物质能够可逆脱出-嵌入离子；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；所述电解质包括至少一种正极活性物质能够可逆脱出-嵌入的离子；所述电解液的pH>8；所述正极活性物质通式为Li1+kNixCoyM1-x-yO2，其中，-1<k≤0.5，0≤x<1，0≤y≤1，且x+y≤1，M选自Mn、Al、Mg中的一种。本专利技术的水系二次电池中，所述正极活性物质为含有Ni、Co和Mn的金属氧化物、LiCoO2或者为二者的混合物。本专利技术的水系二次电池中，所述负极为锌负极，所述锌负极包括金属锌或者金属锌与氧化锌的混合物；或者所述负极包括集流体以及形成于集流体之上的负极活性物质。本专利技术的水系二次电池中，所述负极的集流体的材料选自金属Ni、Cu、Ag、Pb、Sn、Fe、Al中的一种或经过钝化处理的上述金属的一种，或者，所述负极集流体的材料选自碳基材料、不锈钢、硅或具有镀/涂层的金属，所述镀/涂层含有C、Sn、In、Ag、Pb、Co、Zn或Bi的单质、合金或者其氧化物中至少一种。本专利技术的水系二次电池中，所述电解质包括还至少一种充放电过程中在所述负极发生还原-沉积和氧化-溶解的活性离子，所述活性离子在电解液中浓度为0-15mol/L，优选为0.6-5mol/L或0.7-2mol/L，更优选0.8-1.5mol/L或0.9-1.2mol/L，最优选为1mol/L；和/或所述可逆脱出-嵌入的离子在电解液中的浓度为0.1-10mol/L，优选为0.8-10mol/L或1-5mol/L，更优选为1.2-2mol/L，最优选为1.5mol/L。本专利技术的水系二次电池中，所述活性离子包括金属离子，所述金属选自Zn、Fe、Cr、Mn、Sn、Cu、Ni、Pb或Al中的至少一种，优选为Zn、Fe、Cu或Mn。本专利技术的水系二次电池中，所述溶剂为水或醇。本专利技术的水系二次电池中，所述活性离子以氯化物、硫酸盐、硝酸盐、醋酸盐、甲酸盐、磷酸盐中的至少一种形式存在于所述电解液中，优选所述活性离子以硫酸盐的形式存在。本专利技术的水系二次电池中，所述正极活性物质能够可逆脱出-嵌入的离子包括锂离子、钠离子、锌离子或者镁离子，优选锂离子。本专利技术的水系二次电池中，所述正极集流体的材料选自石墨、不锈钢、铝合金、经过钝化的不锈钢或铝合金。本专利技术的水系二次电池中，所述电池还包括隔膜，所述隔膜为有机或无机的多孔材料，隔膜的孔隙率范围为20-95％，孔径范围为0.001-100μm。本专利技术的水系二次电池中，所述电池的充放电电压范围为1.40-2.10V，电池容量为80-300mAh/g。本专利技术中，水系二次电池的用途，可以用于电动汽车、电动自行车、便携式电子设备或大型储能设备的电池的用途。此外，本专利技术提供了一种水系二次电池用电解液，所述电解液中至少包括参与正极反应的离子和参与负极反应的离子，所述参与正极反应的离子包括至少一种正极活性物质能够可逆脱出-嵌入的离子，并优选为锂离子，所述参与负极反应的离子包括至少一种充放电过程中在所述负极发生还原-沉积和氧化-溶解的活性离子，并优选为锌离子，所述电池电解液的pH&本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水系二次电池，其特征在于，包括正极，负极和电解液，所述正极包括正极集流体和正极活性物质；所述正极活性物质能够可逆脱出‑嵌入离子；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；所述电解质包括正极活性物质能够可逆脱出‑嵌入的离子；所述电解液的pH>8；所述正极活性物质通式为Li1+kNixCoyM1‑x‑yO2，其中，‑1<k≤0.5，0≤x<1，0≤y≤1，且x+y≤1，M选自Mn、Al、Mg中的一种。

【技术特征摘要】
1.一种水系二次电池，其特征在于，包括正极，负极和电解液，所述正极包括正极集流体和正极活性物质；所述正极活性物质能够可逆脱出-嵌入离子；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；所述电解质包括正极活性物质能够可逆脱出-嵌入的离子；所述电解液的pH>8；所述正极活性物质通式为Li1+kNixCoyM1-x-yO2，其中，-1<k≤0.5，0≤x<1，0≤y≤1，且x+y≤1，M选自Mn、Al、Mg中的一种。2.如权利要求1所述的水系二次电池，其特征在于，所述正极活性物质为含有Ni、Co和Mn的金属氧化物、LiCoO2或者为二者的混合物。3.如权利要求1或2所述的水系二次电池，其特征在于，所述负极为锌负极，所述锌负极包括金属锌或者金属锌与氧化锌的混合物；或者所述负极包括集流体以及形成于集流体之上的负极活性物质。4.如权利要求3所述的水系二次电池，其特征在于，所述负极的集流体的材料选自金属Ni、Cu、Ag、Pb、Sn、Fe、Al中的一种或经过钝化处理的上述金属的一种，或者，所述负极集流体的材料选自碳基材料、不锈钢、硅或具有镀/涂层的金属，所述镀/涂层含有C、Sn、In、Ag、Pb、Co、Zn或Bi的单质、合金或者其氧化物中至少一种。5.如权利要求1-4任一项所述的水系二次电池，其特征在于，所述电解质包括还至少一种充放电过程中在所述负极发生还原-沉积和氧化-溶解的活性离子，所述活性离子在电解液中浓度为0-15mol/L，优选为0.6-5mol/L或0.7-2mol/L，更优选0.8-1.5mol/L或0.9-1.2mol/L，最优选为1mol/L；和/或所述可逆脱出-嵌入的离子在电解液中的浓度为0.1-10mol/L，优选为0.8-10mol/L或1-5mol/L，更优选为1.2-2mol/L，最优...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，陈璞，
申请(专利权)人：苏州宝时得电动工具有限公司，陈璞，
类型：发明
国别省市：江苏,32