[發明專利]一種水溶液鋰離子電池

有效

• 申請號: 201110437824.1
• 申請日: 2011-12-23
• 公開（公告）號: CN102496746A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 張漢平;李成鋼;杜青;孫曉輝
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: H01M10/36
• 分類號: H01M10/36;H01M4/48
• 代理公司: 北京市惠誠律師事務所 11353
• 代理人: 王美華

技術領域

本發明屬于化學電源領域，涉及一種鋰離子電池，具體地說，本發明涉及一種以水溶液為電解質的鋰離子電池。

背景技術

目前交通、儲能、國防軍事重要等領域中常用的鉛酸電池由于具有嚴重的環境污染面臨關停境地，同時其價格的不斷攀升也使其逐漸失去優勢。另一方面，鋰離子電池具有電壓高、能量密度大、環境友好、使用壽命長等優點而在手機、數碼相機、筆記本電腦等小型電子產品領域取得巨大商業成功。但是其面臨的安全隱患使其拓展至交通、儲能以及軍事等大型應用領域的努力受阻。

鋰離子電池的安全隱患與有機電解液的使用有很大關系。1994年，有人提出采用水溶液取代有機電解液的設想，但由于其循環壽命差，容量密度低等原因，沒有引起重視。近年來受能源與環境壓力的影響，水溶液鋰離子電池的研究發展很快，但受材料及水溶液分解電壓的限制，截止目前，僅有釩、鈦、鈰、錳、鈷等的有關化合物所組成的水溶液鋰離子電池體系被提出。這些水溶液鋰離子電池體系往往正負極容量不高，難以滿足儲能等領域的要求。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：現有水溶液鋰離子電池正負極容量不高，難以滿足儲能等領域的要求。為此本發明提出一種新的水溶液鋰離子電池體系，即以銅的水不溶性化合物為負極的水溶液鋰離子電池體系。本發明的水溶液鋰離子電池工作電壓高，正極容量發揮穩定，負極容量在90-220mAh/g之間，具備良好商業價值。

本發明提供的一種水溶液鋰離子電池體系，其基本組成如下：

(1)正極：由活性物質、粘結劑、導電劑混合后粘接于集流體上而成。其活性物質為鋰-過渡金屬的氧化物、鹵化物、硫化物、硫酸鹽-氟化物的復合物、磷酸鹽、碳酸鹽、草酸鹽中的一種或多種的復合物，優選錳酸鋰、鈷-鎳-錳三元材料和磷酸鐵鋰。粘結劑為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纖維素鈉、丁苯膠乳等中的一種或多種組成。導電劑由石墨、炭黑、鐵粉、錳粉、銅粉、鋁粉等中的一種或多種組成。集流體可以由銅、鋁、不銹鋼、鎳的箔片或網組成。

(2)負極：由活性物質、粘結劑、導電劑混合后粘接于集流體上而成。其活性物質是銅的不溶性化合物，優選氧化銅、草酸銅、堿式碳酸銅、氫氧化銅、磷酸銅等中的一種或多種組成。粘結劑為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纖維素鈉、丁苯膠乳等中的一種或多種組成。導電劑由石墨、炭黑、鐵粉、錳粉、銅粉、鋁粉等中的一種或多種組成。集流體可以由銅、鋁、不銹鋼、鎳的箔片或網組成。

(3)隔膜：可以是玻璃纖維、多孔PP/PE(聚丙烯/聚乙烯)塑料、PVDF(聚偏氟乙烯)、PTFE(聚四氟乙烯)膜等。

(4)電解液：溶質為鋰鹽，可以是鋰的鹵化物、硫酸鹽、硝酸鹽、草酸鹽、醋酸鹽、亞硫酸鹽、磷酸鹽、氫氧化物等。溶劑為可以是水、N-甲基吡咯烷酮、N-甲基甲酰胺、酒精、甲醇、二甲亞砜、乙醚、乙酸乙酯、四氫呋喃、二氧五環、二氧六環、丙酮、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、r-丁內酯等中的一種或多種，優選碳酸酯類溶劑的混合物和水，更優選水。電解液可以通過加入凝膠化劑而呈凝膠態，凝膠添加劑可以是淀粉及其衍生物，明膠、聚丙烯酸酯及其衍生物、醋酸酯類、縮甲基纖維素類以及相關的吸水樹脂，或加入聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸酯及其衍生物等，優選加入聚丙烯酸樹脂、淀粉、縮甲基纖維素鹽。

(5)外殼：外殼材質可以是金屬、無機物陶瓷、塑料、橡膠、樹脂等高分子材料或金屬與上述高分子材料組成的復合材料。優選不銹鋼、鋁合金、鋁塑復合材料、聚丙烯、聚乙烯、PET樹脂等。為適應設備需求，外殼可以有不同的形狀，例如管狀、盒狀、球狀、多面體狀，以及上述多種形狀的組合。

實施例證明本發明銅的水不溶性化合物為負極的水溶液鋰離子電池與現有水溶液鋰離子電池相比具有如下技術效果：正負極容量高，其中負極容量在90-220mAh/g之間，具備良好商業價值。

附圖說明

圖1是實施例1中負極的循環伏安曲線。

圖2是實施例1中電池的充放電曲線。

圖3是實施例2中電池的充放電曲線。

圖4是實施例3中電池的充放電曲線。

具體實施方式

本發明下面將通過參考實施例進行更詳細的描述，但本發明的保護范圍并不受限于這些實施例。

實施例1

本實施例描述了一種以錳酸鋰為正極、氫氧化銅為負極的水溶液鋰離子電池。