[發(fā)明專利]以釩的氧化物為正極的可充電鋅離子電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910238912.1
• 申請日: 2009-12-29
• 公開（公告）號: CN102110858B
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發(fā)明（設計）人: 康飛宇;徐成俊;李寶華;杜鴻達
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: H01M10/38
• 分類號: H01M10/38;H01M4/42;H01M4/48
• 代理公司: 深圳市匯力通專利商標代理有限公司 44257
• 代理人: 王鎖林;李保明

技術領域

本發(fā)明屬電池技術領域，具體涉及一種鋅離子在正極活性材料脫嵌和 在負極還原或氧化的可充電的鋅離子電池。

背景技術

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，必然引起石油資源的匱乏和環(huán)境的污染，因此 新型綠色能源的綜合高效的開發(fā)和利用已成為十分必要的課題。相比較一 次電池，二次電池能重復多次進行充放電循環(huán)，能充分利用原材料，故其 更經(jīng)濟實用。

CN?101540417A中國發(fā)明專利申請首次公開了一種以二氧化錳為正 極，以鋅為負極，以含鋅離子的溶液為電解液的可充電鋅離子電池，在充 電時鋅離子脫出二氧化錳經(jīng)過電解液然后在負極沉積，放電時上述過程剛 好相反。

這種鋅離子電池儲存電子的機理如下：

正極：

負極：

由于利用到鋅離子在正極材料的可逆脫嵌行為，因此這種可充鋅離子 的電池具有容量高，循環(huán)壽命長等特點。這種鋅離子電池可廣泛應用于個 人數(shù)字記事本、Blectronic?Organizers、移動電話、無繩電話、BP機、電動 玩具、游戲機、便攜式數(shù)據(jù)終端、個人音頻視頻裝置、實驗裝置、掌上計 算機等領域。

這種可充鋅離子電池的性能受正極材料的性能影響，而為了進一步改 善可充電鋅離子電池的性能，尋找新的性能優(yōu)良的正極材料不實為一種好 的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種新的二次電池。

釩具有多種價態(tài)，具有多種氧化物，釩的氧化物具有多種晶型，最近， 發(fā)明人首次發(fā)現(xiàn)了二價鋅離子(Zn²⁺)于水溶液中在釩的氧化物材料V₂O₅、 V₆O₁₃、VO₂、V₃O₇、V₆O₁₄等中可逆快速的嵌入和脫出的行為，這種鋅離 子的嵌入行為具有容量高、可逆程度好等特點。另一方面，鋅可以于水溶 液中進行可逆的電化學沉積和溶解。在此發(fā)現(xiàn)基礎之上，我們發(fā)明了一種 可充電的鋅離子電池，其以釩的氧化物為正極活性材料，鋅為負極活性材 料，含Zn²⁺水溶液為電解液，在充電時鋅離子脫出正極活性材料釩的氧化 物經(jīng)過電解液然后在負極沉積，放電時負極鋅溶解為鋅離子經(jīng)過電解液嵌 入到正極材料釩的氧化物的隧道中。

本發(fā)明提出的二次電池的具體方案如下：

一種可充電鋅離子電池，由正極、負極、介于兩者之間的隔離膜以及 含有陰陽離子并具有離子導電性的電解質(zhì)組成，其特征在于：所述負極的 活性材料以鋅元素為主，所述正極的活性材料為可吸藏和釋放鋅離子的釩 的氧化物或其水化物，所述電解質(zhì)是以鋅的可溶性鹽為溶質(zhì)、水為溶劑并 具有離子導電性的液態(tài)或凝膠態(tài)材料。

所述釩的氧化物可以是五氧化二釩(V₂O₅)、十三氧化六釩(V₆O₁₃)、 二氧化釩(VO₂)、七氧化三釩(V₃O₇)、或十四氧化六釩(V₆O₁₄)等。

所述負極可以是純金屬鋅或鋅的合金。所述負極也可以采用如下方 案：負極包括集流體和附著于集流體上的負極膜，該負極膜可以由鋅粉和 粘結劑制成，也可進一步在負極膜中添加緩蝕劑和/或電子導電劑。其中， 粘結劑可選擇聚四氟乙烯、水溶性橡膠、聚偏四氟乙烯或纖維素；緩蝕劑 的添加量為負極膜質(zhì)量的1％以下，緩蝕劑用于抑止或消除鋅元素析氫反 應，優(yōu)選銦的氧化物、銦的氫氧化物或金屬銅；電子導電劑的添加量為負 極膜質(zhì)量的50％以下，優(yōu)選石墨、碳黑、乙炔黑、炭纖維或炭納米管。

所述正極包括集流體和附著于集流體上的正極膜，該正極膜由正極的 所述活性材料(即釩的氧化物或該氧化物的水化物)、電子導電劑和粘結 劑制成。其中，電子導電劑為石墨、碳黑、乙炔黑、炭纖維或炭納米管， 添加量為正極膜質(zhì)量的50％以下；粘結劑為聚四氟乙烯、水溶性橡膠、聚 偏四氟乙烯或纖維素，添加量為正極膜質(zhì)量的20％以下。鋅離子可在正極 活性材料的晶格內(nèi)進行可逆的嵌入和脫出，以正極活性材料質(zhì)量計算，所 述正極活性材料儲存鋅離子的容量不小于100mAh/g。