一种碘化物方形电池及其组装方法技术

本发明专利技术涉及一种碘化物方形电池及其组装方法，所述电池包括：电池极群、正极柱、负极柱、电解液和外壳；所述电池极群包括正极、负极和隔膜；所述正极包括涂覆于正极集流体表面的碘化物正极组分；所述碘化物正极组分中的正极活性物质为碘化物，所述碘化物是通过碘单质与有机盐反应得到的。本发明专利技术通过采用将碘单质与有机盐反应生成的碘化物作为正极活性物质，将其用于电池时，可大大提高二次电池的比能量，并实现快速充放电，循环寿命长，原材料成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种碘化物方形电池及其组装方法
本专利技术涉及二次电池领域，具体涉及一种电池及其组装方法，尤其涉及一种碘化物方形电池及其组装方法。
技术介绍
目前，电池作为是电动汽车的心脏，是当前投资热点，锂离子动力电池曾被认为是电动汽车最具开发潜力的动力电池；然而，随着镍、钴、锂等贵金属的开发，锂离子动力电池原材料大幅度上涨，制约了电动汽车的推广与应用；锂离子动力电池安全性差，回收经济效益差也是制约其发展的重要因素。寻求低成本，绿色环保，使用安全的动力电池解决方案依然是电动汽车首要解决的问题。卤素是地壳中储存丰富的元素，具有储存量大，提取工艺成熟，生产环保，回收无污染，价格低廉的优点，以卤素作为正极材料是一种理想的电极材料。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术人通过研究发现，在电池中，采用将碘单质与有机盐反应生成的碘化物作为正极活性物质时，可以得到低成本，绿色环保，使用安全和比能量高的动力电池，从而达到本专利技术。在第一方面，本专利技术提供了一种碘化物方形电池，其包括：电池极群、正极柱、负极柱、电解液和外壳；所述电池极群包括正极、负极和隔膜；所述正极包括涂覆于正极集流体表面的碘化物正极组分。本专利技术所述的“包括”，意指其除所述组分外，还可以包括其他组分，这些其他组份赋予所述电池不同的特性。除此之外，本专利技术所述的“包括”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……组成”。根据本专利技术，所述碘化物正极组分包括：碘化物、高比表面积活性炭、导电剂和粘结剂，还可包括其它本领域公知的其它组分，在此不做赘述。其中所述碘化物是作为正极活性物质而存在的。本专利技术中所述碘化物正极组分按重量份含有以下组分：本专利技术中所述含有碘化物正极组分的正极可以采用如下制备方法，但并非仅限于此：(1)将碘化物、高比表面积活性炭、导电剂和粘结剂放入球磨罐，球磨5-120min；(2)向球磨罐中加入有机溶剂，使碘化物、高比表面积活性炭、导电剂和粘结剂的总质量与有机溶剂的质量比为(40-60):(60-40)，球磨60-120min，得到正极浆料；(3)将正极浆料涂敷在集流体上，控制单面涂覆厚度为10-500μm；(4)将涂覆好的极片放入真空干燥箱，通过真空烘烤，真空度控制在-0.08～-0.10MPa，控制温度为100-125℃，控制时间为180-360min；(5)将干燥后的极片采用对辊机进行挤压，控制对辊压力为50-300吨，得到含有碘化物正极组分的正极。其中，所述碘化物在碘化物正极组分中所占重量份为20-97份，例如可以是20份、22份、25份、28份、30份、32份、35份、38份、40份、42份、45份、50份、55份、60份、63份、68份、70份、75份、80份、82份、85份、88份、90份、92份、95份或97份，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。根据本专利技术，所述正极活性物质-碘化物是通过碘素(碘单质)与有机盐反应得到的。本专利技术提供的碘化物是作为一种新型的化学体系，以液体的形式存在于电池的正极活性材料中的。通过将该碘化物添加到正极活性材料中，该正极活性材料的理论比能量可高达211mAh/g，从而使制得的二次电池拥有更高的比能量，实现快速充放电，延长循环寿命，并且原材料成本低。根据本专利技术，所述有机盐的通式表示为[X]+Z-；其中，[X]+表示有机阳离子，Z-表示阴离子。本专利技术中所述有机盐是由体积较大的有机阳离子和体积较小的阴离子构成的，此类物质具有很多独特性能，例如物理化学性质稳定、蒸汽压极低而不易挥发、对有机和无机物皆有良好的溶解性以及极性可调控等。在本专利技术中，所述有机阳离子可以采用咪唑鎓离子、吡啶鎓离子、吡咯鎓离子、哌啶鎓离子、吗啉鎓离子、季铵盐离子或季膦盐离子中的任意一种或至少两种的组合，例如可以是咪唑鎓离子、吡啶鎓离子、吡咯鎓离子、哌啶鎓离子、吗啉鎓离子、季铵盐离子或季膦盐离子中的任意一种，典型但非限制性的组合为：咪唑鎓离子和吡啶鎓离子；吡啶鎓离子和吡咯鎓离子；吗啉鎓离子、季铵盐离子和季膦盐离子等。根据本专利技术，所述有机阳离子优选采用季铵盐离子，其相比其它有机阳离子的优势在于：季铵盐(含有季铵盐离子的有机盐)是一种常用的化学品，其生产工艺成熟，价格低廉，可大规模采购使用。在本专利技术中，所述阴离子可以采用F-、Cl-、Br-、I-、PF6-、PB4-、CN-、SCN-、CF3SO3-、CF3COO-、SbF6-、N(CF3SO2)2-、N(CN)2-、ClO4-、HSO4-、HCO3-、OH-或NO3-中的任意一种或至少两种的组合，例如可以是F-、Cl-、Br-、I-、PF6-、PB4-、CN-、SCN-、CF3SO3-、CF3COO-、SbF6-、N(CF3S02)2-、N(CN)2-、ClO4-、HSO4-、HCO3-、OH-或NO3-中的任意一种，典型但非限制性的组合为：F-和Cl-；Br-和I-；I-和PF6-；Cl-、Br-和SCN-等。示例性地，本专利技术中所述有机盐可以是：1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([C4-min]PF4)、1,3-双(2,6-二异丙基苯基)咪唑鎓氯盐、2-氯-1,3-二甲基咪唑鎓六氟磷酸盐、1-正-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐、1-甲基-3-丙基碘化咪唑鎓、十六烷基氯化吡啶、三碘化吡啶鎓、N-烯丙基-2-烷基氯化吡啶鎓盐、1-丁基-1-甲基碘化哌啶鎓、氯代二哌啶碳鎓六氟磷酸盐、十六烷基三甲基氯化铵、四甲基氯化铵、乙基三苯基碘化膦或十六烷基三丁基碘化膦等。根据本专利技术，所述碘化物是通过碘单质与上述的有机盐[X]+Z-混合发生反应制备的，其化学反应可以用下列方程式表达：4I2+[X]+Z-→[X]+[I8Z]-，或者I2+[X]+Z-→[X]+[I2Z]-该化学反应中，1个[X]+Z-分子，最多可以络合4个I2分子，因此，碘单质与有机盐的摩尔比例范围可以设置为(1-4):1。在本专利技术中，所述碘化物添加到正极活性材料中，可以使电容器拥有更高的比能量，碘化物的理论比能量高达211mAh/g。示例性地，本专利技术中所述碘化物可以是：四乙基三碘化铵、四丁基三碘化铵、1-乙基-3-甲基-三碘咪唑、苯基三甲基三碘化铵、苄基三乙基三碘化铵、苄基三甲基三碘化铵、十二烷基三甲基三碘化铵。本专利技术中的所述碘化物可以通过如下方法进行制备，但并非仅限于此：(a)分别取碘单质与有机盐，控制碘单质与有机盐的摩尔比为(1-4):1，先将有机盐放入密闭容器中，所述密闭容器中通入惰性气体，所述惰性气体优选为氮气和/或氩气；(b)向密闭容器中加入碘单质，控制整个过程为1-60min，加入过程中边搅拌边冷却，温度控制在50℃以内；(c)待碘单质加入完毕，冷却到室温，得到所述碘化物。根据本专利技术，所述碘化物优选采用上述方法进行制备，其优势在于：其可以通过一次加料，在密闭的反应容器一次完成，不需要提纯、蒸发和过滤等工艺，生产周期可以缩短到1小时内。本专利技术中所述碘化物的制备过程中，步骤(a)所述碘单质与有机盐的摩尔比为(1-4):1，例如可以是1:1、2:1、3:1或4:1，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。本专利技术中所述碘化物的制备过程中，步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碘化物方形电池，其特征在于，该电池包括：电池极群、正极柱、负极柱、电解液和外壳；所述电池极群包括正极、负极和隔膜；所述正极包括涂覆于正极集流体表面的碘化物正极组分。

【技术特征摘要】
1.一种碘化物方形电池，其特征在于，该电池包括：电池极群、正极柱、负极柱、电解液和外壳；所述电池极群包括正极、负极和隔膜；所述正极包括涂覆于正极集流体表面的碘化物正极组分。2.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述碘化物正极组分包括：碘化物、高比表面积活性炭、导电剂和粘结剂；优选地，所述碘化物正极组分按重量份含有以下组分：3.如权利要求2所述的电池，其特征在于，所述碘化物是通过碘单质与有机盐反应得到的；优选地，所述有机盐的通式表示为[X]+Z-；其中，[X]+表示有机阳离子，Z-表示阴离子；优选地，所述有机阳离子为咪唑鎓离子、吡啶鎓离子、吡咯鎓离子、哌啶鎓离子、吗啉鎓离子、季铵盐离子或季膦盐离子中的任意一种或至少两种的组合，优选为季铵盐离子；优选地，所述阴离子为F-、Cl-、Br-、I-、PF6-、PB4-、CN-、SCN-、CF3SO3-、CF3COO-、SbF6-、N(CF3SO2)2-、N(CN)2-、ClO4-、HSO4-、HCO3-、OH-或NO3-中的任意一种或至少两种的组合。4.如权利要求2或3所述的电池，其特征在于，所述高比表面积活性炭的比表面积为1000-3500m2/g，优选为3000-3500m2/g；优选地，所述导电剂为石墨粉、碳纳米管、石墨烯、导电炭黑或纳米碳粉中的任意一种或至少两种的组合，优选为碳纳米管、石墨烯、导电炭黑或纳米碳粉中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述粘结剂为CMC与SBR复配使用，或选自PVDF、LA133或LA132中的任意一种，优选PVDF作为粘结剂。5.如权利要求1-4之一所述的电池，其特征在于，所述集流体为铝箔、泡沫铝、碳纸、碳塑复合膜或碳纤维毡中的任意一种或至少两种的组合。6.如权利要求1-5之一所述的电池，其特征在于，所述电解液为离子液体电解液，所述离子液体电解液是通过无水卤化铝与有机盐反应得到的；优选地，所述无水卤化铝的通式表示为AlT3，其中，T表示F、Cl、Br或I中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述无水卤化铝为AlBr3、AlCl3、AlI3、AlF3、AlClBr2、AlCl2B...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐怀远，谢成璐，王媛珍，金源，王康彦，
申请(专利权)人：横店集团东磁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33