一种可充电有机钙离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种可充电有机钙离子电池及其制备方法，所述可充电有机钙离子电池包括正极片、负极片以及介于所述正极片与所述负极片之间的隔膜和电解液；所述正极片的正极活性材料为能容许组成钙盐的阳离子可逆地嵌入、脱出的层状钒氧化物；所述负极片包括活性碳布或金属钙；所述电解液包括电解质钙盐、有机溶剂和/或离子液体。本发明专利技术提供的可充电有机钙离子电池表现出优异的循环稳定性和长寿命，是高功率、长寿命钙离子电池的潜在应用材料，在大规模储能方面有广阔的应用前景。规模储能方面有广阔的应用前景。规模储能方面有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种可充电有机钙离子电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及新型化学电源和新能源材料
，具体而言，涉及一种可充电有机钙离子电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]作为潜在取代锂离子电池的储能技术，钙离子电池在近几年日益受到关注。钙离子电池的工作原理与锂离子电池类似，但是电池中电荷的储存与释放是通过钙离子的迁移实现。而获得高容量，长期循环寿命和合适电压的正极材料对于钙电池的研究和开发非常重要。根据Dompablo及其同事的估计，具有200mA h g
‑1的可逆容量和2.5V的工作电势的阴极将导致钙金属电池的能量密度高于目前最好的锂离子电池。为了实现这一目标，我们将重点放在纳米结构的双层钒氧化物正极材料上。这种材料显示出双层结构，层间距大，中间层有结晶水。这些结构特征使其非常适合于多价离子的嵌入/脱出，并具有高容量。已证明具有双层结构的氧化钒在锌离子电池中显示出超过300mA h g
‑1的高容量。因此，我们认为双层钒氧化物是用于钙存储的高容量正极，有望实现更高的容量。
[0003]然而，先前的研究表明，原始的双层V2O5·
nH2O通常在离子的嵌入/脱出过程中会遭受严重的结构退化和塌陷，这将导致快速的容量衰减。在这一点上，金属离子预嵌入衍生物(A
x
V2O5·
nH2O，A对应于金属离子)被认为是很有前途的候选物，因为已证明预嵌入策略是增强层状正极结构稳定性的有效方法。例如，据报道Zn
x
V2O5·
H2O和Ca
x
V2O5·
H2O具有高容量和稳定的Zn
2+
储存能力。
[0004]基于上述想法，开发基于双层钒氧化物的高容量和高稳定性钙电池正极是非常有挑战的课题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供一种可充电有机钙离子电池及其制备方法，钙离子电池以层状钒氧化物为电极活性材料，实现高能量密度和长循环寿命。
[0006]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0007]一种可充电有机钙离子电池，包括正极片、负极片以及介于所述正极片与所述负极片之间的隔膜和电解液；
[0008]所述正极片包括正极集流体和正极材料，所述正极材料包括正极活性材料，所述正极活性材料为能容许组成钙盐的阳离子可逆地嵌入、脱出的层状钒氧化物；
[0009]所述负极片包括活性碳布或金属钙，所述活性碳布或金属钙均可同时作为负极集流体和负极活性材料；
[0010]所述电解液包括电解质钙盐、有机溶剂和/或离子液体。
[0011]可选地，所述钒氧化物分子式为M
x
V
y
O
z
·
nH2O，其中，M为金属离子，M包括镁、钙或锶中的一种；x的范围为0<x<0.5，y的范围为0<y<20，z的范围为0<z<20，n的范围为0<n<2。
[0012]可选地，所述隔膜包括玻璃纤维隔膜、聚四氟乙烯隔膜和滤纸中的一种。
[0013]可选地，所述电解质钙盐包括六氟磷酸钙或双三氟甲基磺酰亚胺钙。
[0014]可选地，所述电解液的浓度在0.1mol/L至1.0mol/L范围内。
[0015]本专利技术另一目的在于提供一种可充电有机钙离子电池的制备方法，用于制备如上述所述的可充电有机钙离子电池，包括如下步骤：
[0016]S1、制备正极片：按比例将钒氧化物、导电剂以及粘结剂混合成浆料制成正极材料，均匀涂覆于正极集流体表面，干燥后裁切，得到所述正极片；
[0017]S2、制备负极片：将金属钙或活性碳布经表面处理后作为所述负极片；
[0018]S3、制备电解液：将电解质钙盐加入到有机溶剂和/或离子液体中，搅拌混合，得到所述电解液；
[0019]S4、制备隔膜：将玻璃纤维隔膜、聚四氟乙烯隔膜或滤纸裁切成所需尺寸，干燥，得到所述隔膜；
[0020]S5、将所述正极片、所述隔膜、所述负极片依次紧密堆叠，加入所述电解液使所述隔膜完全浸润，然后将堆叠部分封装入电池壳体，即得到所述可充电有机钙离子电池。
[0021]可选地，步骤S1中所述正极集流体包括铜箔、铝箔、钛箔、钼箔、泡沫镍和不锈钢箔中的一种，所述导电剂包括乙炔黑、科琴黑、活性炭、炭纤维和石墨炭纳米管中的一种，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素钠和聚四氟乙烯中的一种。
[0022]可选地，按重量百分比计，所述正极材料包括60
‑
90％的所述钒氧化物、5
‑
30％的所述导电剂和5
‑
10％的所述粘结剂。
[0023]可选地，步骤S1中所述正极材料在所述正极集流体表面的涂覆厚度在60μm至200μm范围内。
[0024]可选地，步骤S2中所述表面处理包括用乙醇、异丙醇或水清洗，然后烘干。
[0025]相对于现有技术，本专利技术提供的可充电有机钙离子电池及其制备方法具有以下优势：
[0026](1)本专利技术利用钙离子在有机电解液中能可逆的在钒酸盐材料中进行脱嵌储能机理，制备的可充电有机钙离子电池表现出优异的循环稳定性和长寿命，在大规模储能方面有广阔的应用前景。
[0027](2)本专利技术制备方法对设备要求低，工艺简单易行，操作周期短，易于扩大化生产，电解液采用了有机系钙离子电解液，负极采用资源丰富、廉价的碳布或者金属钙材料；具有普适性强、工艺简单、过程可程序化、所得材料的电化学性能优异的特点，可非常方便地推广到各种不同组成和形貌的材料中。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1为本专利技术实施例所述可充电有机钙离子电池结构示意图；
[0030]图2为本专利技术实施例所述MVOH、CVOH和SVOH的XRD图；
[0031]图3为本专利技术实施例所述MVOH、CVOH和SVOH的SEM图；
[0032]图4为本专利技术实施例所述MVOH、CVOH和SVOH的GITT图；
[0033]图5为本专利技术实施例所述MVOH、CVOH和SVOH的电化学性能表征图。
具体实施方式
[0034]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。
[0035]应当说明的是，在本申请实施例的描述中，术语“一些具体实施例”的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本专利技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施或实例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可充电有机钙离子电池，其特征在于，包括正极片、负极片以及介于所述正极片与所述负极片之间的隔膜和电解液；所述正极片包括正极集流体和正极材料，所述正极材料包括正极活性材料，所述正极活性材料为能容许组成钙盐的阳离子可逆地嵌入、脱出的层状钒氧化物；所述负极片包括活性碳布或金属钙，所述活性碳布或金属钙均可同时作为负极集流体和负极活性材料；所述电解液包括电解质钙盐、有机溶剂和/或离子液体。2.根据权利要求1所述的可充电有机钙离子电池，其特征在于，所述钒氧化物分子式为M
x
V
y
O
z
·
nH2O，其中，M为金属离子，M包括镁、钙或锶中的一种；x的范围为0<x<0.5，y的范围为0<y<20，z的范围为0<z<20，n的范围为0<n<2。3.根据权利要求1所述的可充电有机钙离子电池，其特征在于，所述隔膜包括玻璃纤维隔膜、聚四氟乙烯隔膜和滤纸中的一种。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的可充电有机钙离子电池，其特征在于，所述电解质钙盐包括六氟磷酸钙或双三氟甲基磺酰亚胺钙。5.根据权利要求4所述的可充电有机钙离子电池，其特征在于，所述电解液的浓度在0.1mol/L至1.0mol/L范围内。6.一种可充电有机钙离子电池的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1
‑
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【专利技术属性】
技术研发人员：王选朋，张枭，麦立强，徐小明，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：