电池制造技术

本发明专利技术提供一种电池，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和正极导电剂；电解液包括能够溶解电解质并使电解质电离的溶剂；电解质包括第一金属离子和第二金属离子，第二金属离子在充放电过程中能够在负极还原沉积为第二金属，第二金属能够可逆的氧化溶解为第二金属离子；其中，电池还包括加入到正极中的添加剂，添加剂为无机氧化物，无机氧化物的析氧过电位不低于2V。本发明专利技术提供的电池能够改善电池正极中导电剂存在的腐蚀问题，从而进一步改善电池的自放电问题，提高电池的电化学性能。

Battery

The invention provides a battery, including a positive electrode, a negative electrode and an electrolyte. The positive electrode comprises a positive active material and a positive conductive agent capable of reversibly removing and embedding the first metal ion; the electrolyte comprises a solvent capable of dissolving the electrolyte and ionizing the electrolyte; the electrolyte comprises the first metal ion and the second metal ion, and the second metal ion can be used in the negative electrode during charging and discharging. Reductive deposition is the second metal, and the second metal can be reversibly oxidized and dissolved as the second metal ion. Among them, the battery also includes additives added to the positive electrode, the additive is inorganic oxide, and the oxygen evolution overpotential of inorganic oxide is no less than 2V. The battery provided by the invention can improve the corrosion problem of the conductive agent in the positive electrode of the battery, thereby further improving the self-discharge problem of the battery and improving the electrochemical performance of the battery.

【技术实现步骤摘要】
电池本申请是申请人于2013年12月20日申请的名称为电池，申请号为201310711703.0的中国专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术属于电池领域，具体涉及一种基于内部离子交换的电池。
技术介绍
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，能够改善电池的自放电问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种离子交换电池，能够改善离子交换电池正极导电剂的腐蚀问题，从而进一步改善电池的自放电问题。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和正极导电剂；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；所述电解质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放电过程中能够在所述负极还原沉积为第二金属，所述第二金属能够可逆的氧化溶解为第二金属离子；其中，所述电池还包括加入到所述正极中的添加剂，所述添加剂为无机氧化物，所述无机氧化物的析氧过电位不低于2V。优选的，所述无机氧化物为TiO2、Bi2O3、SnO2、SrO、Al2O3、PbO2、CeO2中的至少一种。优选的，以所述正极的质量百分含量为基准，所述无机氧化物的质量百分含量不高于10％。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、甲酸根离子、磷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，所述正极活性物质选自LiMn2O4、LiFePO4或LiCoO2中一种或几种。优选的，所述正极导电剂为导电聚合物、导电氧化物、活性碳、石墨烯、碳黑、石墨、碳纤维、金属纤维、金属粉末、以及金属薄片中的一种或几种。本专利技术通过在电池的正极添加了析氧过电位不低于2V的无机氧化物，能够抑制氧气在正极的析出，改善电池正极导电剂的腐蚀问题，从而进一步改善电池的自放电问题，同时也提高了电池的电化学性能和安全性能。具体实施方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术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专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供一种电池，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和正极导电剂；电解液包括能够溶解电解质并使电解质电离的溶剂；电解质包括第一金属离子和第二金属离子，第二金属离子在充放电过程中能够在负极还原沉积为第二金属，第二金属能够可逆的氧化溶解为第二金属离子；其中，电池还包括加入到正极中的添加剂，添加剂为无机氧化物，无机氧化物的析氧过电位不低于2V。本专利技术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Li1+xMnyMzOk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Li1+xMyM′zM″cO2+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LixM1-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Li1+xMnyMzOk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LixM1-yM′y(XO4)n和Li1+xMyM′zM″cO2+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、LiMxPO4、LiMxSiOy(其中M为一种变价金属)等化合物。此外，本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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和正极导电剂；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；所述电解质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放电过程中能够在所述负极还原沉积为第二金属，所述第二金属能够可逆的氧化溶解为第二金属离子；其特征在于：所述电池还包括加入到所述正极中的添加剂，所述添加剂为无机氧化物，所述无机氧化物的析氧过电位不低于2V，所述无机氧化物为TiO2、Bi2O3、SnO2、SrO、Al2O3、PbO2、CeO2中的至少一种。

【技术特征摘要】
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和正极导电剂；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；所述电解质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放电过程中能够在所述负极还原沉积为第二金属，所述第二金属能够可逆的氧化溶解为第二金属离子；其特征在于：所述电池还包括加入到所述正极中的添加剂，所述添加剂为无机氧化物，所述无机氧化物的析氧过电位不低于2V，所述无机氧化物为TiO2、Bi2O3、SnO2、SrO、Al2O3、PbO2、CeO2中的至少一种。2.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含量为基准，所述无机氧化物的质量百分含量不高于10％。3.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。4.如权利要求1所述的电池，其特征...

【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