[發明專利]水系二次電池

在審

• 申請號: 201610339831.0
• 申請日: 2016-05-20
• 公開（公告）號: CN107403968A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 劉洋;陳璞
• 申請（專利權）人: 蘇州寶時得電動工具有限公司;陳璞
• 主分類號: H01M10/36
• 分類號: H01M10/36;H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙)11277
• 代理人: 劉新宇,李茂家

技術領域

本發明屬于電化學儲能領域，具體涉及一種水系二次電池，特別是一種堿性水系二次鋰離子電池以及該電池的制備方法和用途，同時，本發明也涉及一種水系二次電池用電解液。

背景技術

隨著石油資源的不斷消耗和環境污染的日益加劇,發展風能、太陽能等可再生能源及電動汽車已經成為全球性的課題,其關鍵的技術瓶頸之一是儲能電池。目前所發展的二次混合電池主要集中在鋰離子電池，高溫鈉硫電池，鈉鎳氯電池和釩液流電池。這些電池都具有各自的優點。其中，鋰離子電池是目前所有二次混合電池中比能量最高、工作電壓最高、平均循環壽命最長以及自放電率最低的化學電池，它為電子產品的小型化和輕型化提供了保證。傳統的鋰離子電池能量密度較高，能達到120～200Wh/kg，但采用的有機電解質導電性能差、成本高、生產條件苛刻，尤其是其安全性能得不到絕對保障，使用上受到了限制。

針對上述問題,用水系電解液代替有機電解液被認為是最有前景的方法之一，水系電解液的離子電導率比有機系電解液高2個數量級,因此電池具有更高的功率密度，由于不需要無水操作環境等苛刻條件,水系鋰離子電池的生產成本大大降低。為此，很多研究者都致力于水系鋰離子電池的研究。通常使用的水系鋰離子正極活性物質如LiMn₂O₄、LiCoO₂、LiFePO₄。由于考慮到電解液pH與析氫/析氧電位的關系，以及避免循環性能進一步惡化，傳統水性鋰離子二次混合電池的電解液的pH值一般控制在弱酸性至者弱堿性的范圍，同時電池的工作電壓一般達到1.2V左右。

文獻1：CN102903973A公開了一種低成本、安全可靠的水系鋰離子二次混合電池，其使用的電解液的pH的范圍為3-7，適合作為大型儲能領域的 儲能體系以及傳統鉛酸電池的替代品。

文獻2：CN105098187A公開了一種自放電低的水系鋰離子二次混合電池，其正極包括LiMn₂O₄、LiCoO₂、LiFePO₄等正極活性物質以及改性劑組分，電解液的pH的范圍為3-7。

文獻3：<Hybrid Aqueous Energy Storage Cells Using Activated Carbon and Lithium-Intercalated Compounds:I.The C/LiMn₂O₄System>,J.Electrochem.Soc,2006-153,A450.發現了LiMn₂O₄在pH為7附近的溶液中能發生穩定的嵌入/脫嵌反應。

文獻4：<Electrochemical behavior of LiCoO₂as aqueous lithium-ion battery electrodes>,Electrochem Commun,2009,11:247–249.研究發現LiCoO₂在pH為7的5mol/L的LiNO₅溶液中具有良好的循環壽命。

截至目前，已經提出的水系鋰離子二次混合電池的結構都未能擺脫基于鋰離子脫出/嵌入原理的結構，比如己經有報道的VO₂/LiMn₂0₄,LiV₃0₈/LiNi_0.81Co_0.190₂,TiP₂0₇/LiMn₂0₄,LiTi₂(P0₄)₃/LiMn₂0₄,LiV₃O₈/LiCoO₂等。

發明內容

發明要解決的問題

本發明旨在提供一種在低成本、安全可靠的電池，所述電池在堿性條件下正極附近產生的氣體以氧氣形式析出，避免了產生碳氧化物的產生，從而能夠減少對于正極中的碳的消耗或損失。電池的充放電電壓范圍為1.40-2.10V，電池容量為80-300mAh/g。