非金属离子二次电池及其制备方法技术

本发明专利技术属于二次电池技术领域，尤其涉及一种非金属离子二次电池，包括：正极、负极、电解液和隔膜，其中，所述正极包括石墨类正极材料，所述负极包括碳负极材料，所述电解液包括非水溶剂和铵盐或季铵盐。本发明专利技术提供的非金属离子二次电池，正负极活性物质均为碳材料，且电解液中也不含金属离子，不但具有成本低、环境友好、容易回收等优点，而且避免了锂离子电池中析锂导致的安全隐患，同时有机电解液提高了本发明专利技术电池的工作电压，有利于提高电池的比容量和能量密度。

Nonmetallic ion secondary battery and its preparation

【技术实现步骤摘要】
非金属离子二次电池及其制备方法
本专利技术属于二次电池
，尤其涉及一种非金属离子二次电池及其制备方法。
技术介绍
随着锂离子电池的普及，锂离子电池在便携性电子设备、电动汽车等领域的应用日益增长，人们对二次电池的需求量越来越大，导致锂资源的消耗量大且消耗速度快。锂离子电池在充电时，锂离子从正极含锂化合物材料中脱出，经过电解液运动到负极插层到负极石墨材料中；放电过程则相反。锂离子电池作为目前应用最多的一种二次电池，一方面，锂资源的储量有限且分布不均，目前仍缺少有效的、经济的回收技术，导致锂离子电池成本不断攀升；另一方面，锂离子电池在充电过程中容易析锂，析锂不仅使电池性能下降，循环寿命大幅缩短，限制电池的快充容量，而且还会引起电池短路、燃烧、爆炸等安全隐患。因此，需要发展可替代锂离子电池的新型高效低成本安全的二次电池。目前，以H3O+、NH4+等离子作为载流子构建新型的非金属离子电池得到了人们的关注。该新型二次电池体系使用非金属离子代替金属离子作为工作离子，具有成本低、扩散动力学较快、安全性好、环保等优点。然而，目前铵离子等非金属离子二次电池采用水作为溶剂，使电池存在工作电压低、容量低、能量密度低等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种非金属离子二次电池，旨在解决现有锂离子电池存在的锂资源储量有限、成本高、安全性差，以及现有铵离子等非金属离子电池的工作电压低、容量低、能量密度低等问题。本专利技术的另一目的在于提供一种非金属离子二次电池的制备方法。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种非金属离子二次电池，包括：正极、负极、电解液和隔膜，其中，所述正极包括石墨类正极材料，所述负极包括碳负极材料，所述电解液包括非水溶剂和铵盐或季铵盐。优选地，所述铵盐选自：六氟磷酸铵、四氟硼酸铵、氯化铵、碳酸铵、硫酸铵、硝酸铵、氟化铵、三氟甲磺酸铵、高氯酸铵中的至少一种；和/或，所述季铵盐选自：六氟磷酸四甲基铵、六氟磷酸四乙基铵、六氟磷酸四丙基铵、四氟硼酸四甲基铵、四氟硼酸四乙基铵、四氟硼酸四丙基铵中的至少一种。优选地，所述电解液中铵盐浓度为0.1～10mol/L。优选地，所述石墨类正极材料选自：天然石墨和/或人造石墨。优选地，所述石墨类正极材料选自：鳞片石墨、土状石墨、膨胀石墨、中间相碳微球、球形石墨、高定向热解石墨中至少一种。优选地，所述碳负极材料选自：软碳、硬碳、中间相碳微球、膨胀石墨、导电碳黑、非金属掺杂碳材料中的至少一种。优选地，所述非金属掺杂碳材料中至少掺杂氮、磷、硫中的至少一种非金属元素。优选地，所述非水溶剂选自：酯类、砜类、醚类、腈类中的至少一种。优选地，所述隔膜选自：多孔陶瓷薄膜、多孔聚丙烯薄膜、多孔聚乙烯薄膜、多孔聚丙烯聚乙烯复合薄膜、玻璃纤维纸中的至少一种。一种非金属离子二次电池的制备方法，包括以下步骤：获取石墨类正极材料，将所述石墨类正极材料与正极导电剂和正极粘结剂混合处理后，涂覆于正极集流体上，干燥得到正极；获取碳负极材料，将所述碳负极材料与负极导电剂和负极粘结剂混合处理后，涂覆于负极集流体上，干燥得到负极；获取铵盐，将所述铵盐或季铵盐溶解于非水溶剂，得到电解液；获取隔膜，在惰性气体氛围中，将所述正极、所述负极、所述电解液和所述隔膜组装得到非金属离子二次电池。本专利技术提供的非金属离子二次电池，包括：正极、负极、电解液和隔膜，其中，正极包括石墨类正极材料，负极包括碳负极材料，电解液包括非水溶剂和铵盐或季铵盐。电解液中铵盐或季铵盐在非水溶剂中能够解离成铵离子或季铵离子和阴离子，在充电过程中，铵离子或季铵离子运动到碳负极材料中进行插层反应，同时阴离子运动到石墨类正极材料中进行插层反应；在放电过程中，铵离子或季铵离子从碳负极材料脱出，阴离子从石墨类正极材料脱出，回到电解液中，从而实现非金属离子二次电池的充放电。一方面，本专利技术非金属离子二次电池以石墨类正极材料为正极活性物质，该石墨类正极材料具有导电性能好，结晶度高，层状结构稳定等特点，可实现阴离子可逆的嵌入和脱出；以碳负极材料为负极活性物质，能够可逆的嵌入和脱出铵离子或季铵离子。本专利技术的非金属离子二次电池由于采用非水溶剂和铵盐或季铵盐为电解液，正负极活性物质均为碳材料，且电解液中也不含金属离子，具有成本低、环境友好、易回收等优点；而且电池中不含锂离子，避免了锂离子电池中析锂导致的安全隐患。另一方面，采用的非水溶剂型电解液工作电压较高，满足了阴离子在石墨类正极材料中插层反应所需的较高电位，提高了非金属离子二次电池的工作电压，从而使电池获得较高的比容量和能量密度，比容量可达80mAh/g，能量密度可达176Wh/kg。另一方面，本专利技术提供了非金属离子二次电池的制备方法，通过制备包含有石墨类正极材料的正极片，包含有碳负极材料的负极片，包含非水溶剂和铵盐或季铵盐的电解液，然后获取隔膜，在惰性气体氛围下，将所述正极、所述负极、所述电解液和所述隔膜组装成非金属离子二次电池。本专利技术提供的非金属离子二次电池的制备方法，操作简便，适合于工业化生产和应用。附图说明图1是本专利技术实施例提供的非金属离子二次电池的制备方法的流程示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和技术效果更加清楚，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。结合本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。本专利技术实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本专利技术实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本专利技术实施例说明书公开的范围之内。具体地，本专利技术实施例说明书中所述的重量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。本专利技术实施例提供了一种非金属离子二次电池，其特征在于，包括：正极、负极、电解液和隔膜，其中，所述正极包括石墨类正极材料，所述负极包括碳负极材料，所述电解液包括非水溶剂和铵盐或季铵盐。本专利技术提供的非金属离子二次电池，包括：正极、负极、电解液和隔膜，其中，正极包括石墨类正极材料，负极包括碳负极材料，电解液包括非水溶剂和铵盐或季铵盐。电解液中铵盐或季铵盐在非水溶剂中能够解离成铵离子或季铵离子和阴离子，在充电过程中，铵离子或季铵离子运动到碳负极材料中进行插层反应，同时阴离子运动到石墨类正极材料中进行插层反应；在放电过程中，铵离子或季铵离子从碳负极材料脱出，阴离子从石墨类正极材料脱出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非金属离子二次电池，其特征在于，包括：正极、负极、电解液和隔膜，其中，所述正极包括石墨类正极材料，所述负极包括碳负极材料，所述电解液包括非水溶剂和铵盐或季铵盐。/n

【技术特征摘要】
1.一种非金属离子二次电池，其特征在于，包括：正极、负极、电解液和隔膜，其中，所述正极包括石墨类正极材料，所述负极包括碳负极材料，所述电解液包括非水溶剂和铵盐或季铵盐。


2.如权利要求1所述的非金属离子二次电池，其特征在于，所述铵盐选自：六氟磷酸铵、四氟硼酸铵、氯化铵、碳酸铵、硫酸铵、硝酸铵、氟化铵、三氟甲磺酸铵、高氯酸铵中的至少一种；和/或，
所述季铵盐选自：六氟磷酸四甲基铵、六氟磷酸四乙基铵、六氟磷酸四丙基铵、四氟硼酸四甲基铵、四氟硼酸四乙基铵、四氟硼酸四丙基铵中的至少一种。


3.如权利要求2所述的非金属离子二次电池，其特征在于，所述电解液中铵盐浓度为0.1～10mol/L。


4.如权利要求1～3任一所述的非金属离子二次电池，其特征在于，所述石墨类正极材料选自：天然石墨和/或人造石墨。


5.如权利要求4所述的非金属离子二次电池，其特征在于，所述石墨类正极材料选自：鳞片石墨、土状石墨、膨胀石墨、中间相碳微球、球形石墨、高定向热解石墨中至少一种。


6.如权利要求1～3或5任一所述的非金属离子二次电池，其特征在于，所述碳负极材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐永炳，王勇，张帆，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44