[發(fā)明專利]容量衰減減緩和循環(huán)壽命改善的可再充電堿性錳電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680044539.0
• 申請日: 2006-11-24
• 公開（公告）號: CN101317287A
• 公開（公告）日: 2008-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 約瑟夫·丹尼爾－伊瓦德
• 申請（專利權(quán)）人: 純凈能源視野公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M10/24;H01M4/40;H01M4/50
• 代理公司: 北京金信立方知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 黃威

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及可再充電的堿性電池，該電池具有二氧化錳(MnO₂)正極材料、氫氧化鉀(KOH)和作為負(fù)極材料的鋅(Zn)。本發(fā)明具體涉及這種電池的陰極制劑，它含有用于改善循環(huán)壽命和累積性能的添加劑。背景技術(shù)

我們都知道，第一代和第二代(可再充電)二氧化錳基堿性電池以活性材料二氧化錳為正極，以活性成分鋅為負(fù)極，以氫氧化鉀水溶液作電解液，正負(fù)極之間存在隔膜。

為克服正極MnO₂反復(fù)充電的問題。人們往電池中加入鋅電極，以限制電池的放電容量，由于MnO₂陰極的這種可再充電性，這些電池在深放電方面會(huì)發(fā)生容量衰減，這樣每經(jīng)過一次放電-充電循環(huán)，都會(huì)導(dǎo)致可用放電時(shí)間接連減少。按電池的終端用戶理解，這種情況屬于效用遞減，往往可能過早地將電池廢棄。發(fā)生容量衰減，證明二氧化錳電極是不完全可逆的。目前已經(jīng)采用很多方法來減緩容量衰減的發(fā)生，例如往正極和負(fù)極中加入各種添加劑。

關(guān)于這方面可參考Kordesch等人的德國專利文獻(xiàn)(公告日：1984年4月25日，專利號：3,337,568)。該專利記載了一種生產(chǎn)摻雜鈦的電解二氧化錳的方法。這種鈦摻雜MnO₂尤其適合應(yīng)用在可再充電的二氧化錳/鋅電池中。

Taucher等人(WO?93/12551，申請日：1992年12月21日)公開了對第一代可再充電的堿性二氧化錳電池的改進(jìn)，改進(jìn)后的電池中，MnO₂正極材料內(nèi)含有3-25％的鋇化合物。

Tomantschger等人(美國專利5,300,371，公告日：1994年4月5日)記述了一種性能和循環(huán)壽命改善的可再充電的堿性二氧化錳電池，這種電池中含有機(jī)粘合劑和加到MnO₂正極內(nèi)的銀和鋇的化合物。

Daniel-Ivad等人(美國專利6,361,899)公開了許多可加到正極制劑內(nèi)的添加劑，其含有選自鋇和鍶化合物的第一添加劑和選自鈦、鑭、鈰、釔鋅、鈣、錫和錳化合物的第二添加劑。

Daniel-Ivad等人(美國專利申請2005/0164076)記述了用于使陰極塊更有效作用的憎水添加劑，其含有吸濕添加劑，如鋇或鍶的氧化物、氫氧化物或水合物。這些吸濕添加劑能提高電池的性能，如增加電池的累積放電容量，延長循環(huán)壽命。

雖然以上文獻(xiàn)中公開了許多能改善可再充電的堿性電池的性能和循環(huán)壽命的方法，但隨著循環(huán)次數(shù)增加，它們?nèi)匀粫?huì)出現(xiàn)容量衰減和有用容量遞減。尤其是，以10-15mA/cm²的中低速率放電時(shí)，容量衰減仍然非常顯著。

所以，仍然需要對可再充電的堿性電池的陰極組合物加以改進(jìn)，使電池整體性能增加，循環(huán)壽命延長。發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種可再充電的電化學(xué)電池，其包含二氧化錳陰極、隔膜、陽極和堿性電解水溶液，所述陰極含有占其重量4.50-16.10％的鍶化合物，該電池在經(jīng)過50次深放電-充電循環(huán)后的單次放電容量至少為0.100Ah/gMnO₂。

本發(fā)明的另一方面提供了一種可再充電的電化學(xué)電池，其包含二氧化錳陰極、隔膜、陽極和堿性電解水溶液，所述陰極含有占其重量4.50-16.10％的鍶化合物和占其重量1.00％或不到1.00％但不為零的鋇化合物。

本發(fā)明的再一方面提供了一種增加電化學(xué)電池的累積放電容量的方法，該電化學(xué)電池包含二氧化錳陰極、隔膜、陽極和堿性電解水溶液，該方法包含加入占陰極重量4.50-16.10％的鍶化合物的步驟，所述鍶用于增加電池在50次深放電-充電循環(huán)后的單次放電容量。

本發(fā)明提供了一種正極內(nèi)具有至少一種鍶化合物的可再充電的堿性二氧化錳-鋅電池。本發(fā)明提供的電池的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為：首次放電時(shí)放電容量高，而且循環(huán)壽命長(即放電/充電循環(huán)數(shù)增加)，連續(xù)放電/充電循環(huán)之后容量衰減減緩。按終端用戶理解，即電池可用放電時(shí)間增加。本發(fā)明的電池的一項(xiàng)值得稱道的有益特征是，經(jīng)過50次深放電/充電循環(huán)后，單次放電容量至少為0.100Ah/gMnO₂。

在一實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種包含二氧化錳陰極的電池，該陰極包括鍶基化合物和任選的鋇基化合物。該鋇和/或鍶化合物可以是鋇和/或鍶的氧化物或氫氧化物和/或水合物形式。進(jìn)一步加入鈣化合物，包含鈣的氧化物、氫氧化物或脂肪酸，如硬脂酸鈣，使鋇和/或鍶基化合物的作用增強(qiáng)。既可以單獨(dú)使用鈣化合物，也可以與能增強(qiáng)催化劑作用的聚乙烯等化合物如Coathylene^TM一起使用。