[發明專利]新型電池

有效

• 申請號: 201210351582.9
• 申請日: 2012-09-20
• 公開（公告）號: CN102856557A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 徐攀;韓家軍
• 申請（專利權）人: 威海至圣電池科技有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/50;H01M2/16;H01M10/36
• 代理公司: 北京怡豐知識產權代理有限公司 11293
• 代理人: 于振強

技術領域

本發明涉及一種充放電裝置，特別是涉及一種成本低、比能量高、壽命長的新型電池。

背景技術

二氧化錳應用于干電池的研究已經有150多年的歷史了，最早在1860年，法國的George?Leclanche發明了碳鋅電池，隨后陸續發展了傳統的氯化銨型鋅/二氧化錳電池，高能氯化鋅型鋅/二氧化錳電池和堿性鋅/二氧化錳電池，然而這些都是一次性電池。雖然單個電池成本很低，但由于不能充放電和循環利用，按照能量成本計算，使用成本還是比較高的，而且目前一次性電池回收還是比較困難的，廢棄電池不可避免地會對環境造成污染。

鋅/二氧化錳電池是一次電池，比能量高，目前已經商品化的堿性鋅錳電池可以達到110wh/kg，氯化鋅型電池長時間放電也能達到90wh/kg，但是一次電池無法循環利用。為了減少二氧化錳消耗和降低環境污染，一次電池向二次電池的轉變是電池工業發展的必然趨勢。

目前傳統的二次電池主要有鉛酸蓄電池，鎳鎘蓄電池，鎳氫蓄電池和鋰離子蓄電池，這四種電池的各項性能比較如表1所示。

表1各種電池的性能比較

由表1可知，四種二次電池各有優缺點，鉛酸蓄電池最便宜，但是循環壽命最短，污染也比較嚴重，價格比能量最低；鎳氫蓄電池和鎳鎘蓄電池價格比能量比鉛酸蓄電池高一倍，壽命也長，但是污染嚴重，尤其鎳鎘蓄電池，因為鎘離子是劇毒的金屬離子；鋰離子蓄電池的各項性能都比較好，質量比能量非常高，壽命也最長，價格也比較高，但是由于其采用有機溶劑電解液，安全性較差，尤其是大電池。在這種情況下，研發一種低成本、高比能量、循環壽命長的二次電池是非常有意義的。

可充鋅錳電池主要有兩種，一種是可充堿性鋅錳電池，另一種是弱酸性鋅錳電池，目前幾乎所有的研究都集中在可充堿性鋅錳電池上。大量的研究表明：堿性條件下，MnO_x在放電過程中，x由2逐漸變小，當x>1.75時，MnO_x具有良好的可逆性；當1.75>x>1.5時，電池可逆性變差；當x<1.5時，電池可逆性很差。這就意味著，MnO_x的放電克容量小于150mAhg^-1，電池才具有較好的可逆性，這就極大的限制了MnO_x的可用容量。堿性條件下MnO₂的標準電極電勢為0.73V?VS?SHE，金屬鋅的標準電極電勢-1.199V?vs?SHE，這說明理想的堿性Zn-MnO₂電池的電壓應該為2V左右，然而實際過程MnO_x中的x往往小于2，且電解液KOH濃度很高，導致電池開路電壓僅僅為1.7V左右。根據上述數據，這就要求堿性電池在充電時，電壓必須高于1.7V才能夠使得x>1.75，從而保證電池的可逆性，然而水的分解電壓為1.23V，即使考慮析氫析氧過電位，水的分解電壓也不過1.6V左右，這就意味著，堿性鋅錳電池在充電時不可避免的導致電解液中水的分解。同時，有文獻研究表明，當電池充電電壓大于1.8V時，MnO₂將會被進一步氧化為錳酸根，錳酸根溶解于電解液KOH，一方面導致隔膜被錳酸根氧化而破壞，另一方面錳酸根擴散至負極，氧化金屬鋅，導致電池嚴重的自放電。這就造成了充電電壓太低，MnO_x中x不能被氧化至x=2，電池可逆性差；而充電電壓太高，則導致隔膜破損和電池嚴重自放電的后果。

綜上所述，對于堿錳二次電池，主要存在循環壽命短、性能穩定性差等缺點，同時，使用條件苛刻，即不能過放電，也不能過充電。