[發明專利]一種以雜多酸鹽為負極材料的光充電二次電池

在審

• 申請號: 201711276087.5
• 申請日: 2017-12-06
• 公開（公告）號: CN107994301A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 晏南富;崔紅敏;石勁松;柳躍偉
• 申請（專利權）人: 江西省科學院應用化學研究所
• 主分類號: H01M14/00
• 分類號: H01M14/00;H01M4/58
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所36122
• 代理人: 姚伯川

技術領域

本發明涉及一種以雜多酸鹽為負極材料的光充電二次電池，屬光電化學電池技術領域。

背景技術

開發清潔、可再生能源是解決全球氣候變暖與能源危機等問題的有效途徑。太陽能具有清潔、可再生、資源儲量豐富等優點，被認為是化石能源最有效替代能源。然而，受日照時間長短、強弱變化大的影響，太陽能需要轉化與存儲為能夠穩定輸出的電能才能被人類有效的利用。光充電二次電池是一種能夠直接將太陽能轉化為化學能與電能的能量轉換與存儲裝置。該電池結合了光電化學電池的光電轉化功能，借鑒了二次電池的儲能原理，具有光-電能轉化、可充電性和電能輸出穩定等特點，為太陽能的規模化存儲與利用提供了新思路。

目前，光充電二次電池的存儲容量遠低于傳統的二次電池如鎳氫、鉛酸電池等，其性能還不能達到電池應用的要求，無法滿足太陽能的規?；鎯?。光充電二次電池中，光負極材料接受與存儲光生電子速率的大小對光充電二次電池的光電化學能轉化效率高低起著至關重要的作用。因此，研發能級匹配度高、導電性好、充放電比容量大的新型負極材料對于提升光充電二次電池的光電化學能轉化效率及存儲能力具有重要意義。

雜多酸鹽（AnXM₁₂O₄₀）作為一種多功能材料，在光致變色、電致變色、儲能材料等多個方面都有廣泛的應用。雜多酸鹽具有結構和組成上的多樣性，高的熱穩定性，光還原性，能夠進行可逆的、連續的多電子氧化還原，對電子和質子具有傳輸和儲備能力。雜多酸陰離子能進行一系列快速的單電子和兩個電子的可逆還原過程，具有一定的光生電子存儲能力，作為光充電二次電池負極材料，具有良好的光電能存儲效果，為光充電二次電池負極材料的充放電循環過程提供穩定的結構。

發明內容

本發明的目的是，為了解決光充電二次電池存在的一些缺陷問題，本發明提出一種納米雜多酸鹽為負極材料的制備方法。

實現本發明的技術方案如下：

一種以雜多酸鹽為負極材料的光充電二次電池，包括光陽極、正極、負極、隔膜。所述正極為碘化鋰，隔膜為鋰離子導體膜；所述負極材料，由納米雜多酸鹽材料、導電劑和粘結劑按照一定的質量比混合而成；所述納米雜多酸鹽材料與導電劑、粘結劑的質量比為（6~8）:（1~3）:1。

所述納米雜多酸鹽為A_nXM₁₂O₄₀，其中A為稀土元素、NH₄、K、Rb、Ag或Cu；X為P或Si；M為W或Mo。

所述光陽極為染料敏化的二氧化鈦、二氧化錫或二氧化鋅電極。

所述鋰離子導體膜為nafion膜或LiSICON膜。

一種納米雜多酸鹽負極材料的制備方法，步驟如下：

（1）納米雜多酸鹽材料的合成：將無機鹽溶液與雜多酸水溶液進行混合，在一定溫度和攪拌速度條件下反應，反應一定時間，反應完成后，冷卻、過濾、洗滌、烘干，得到固相納米雜多酸材料。

（2）電極材料的制備：納米雜多酸鹽材料、導電劑、粘結劑分散到溶劑中，攪拌均勻，形成漿料，涂覆到集流體上，烘干后，備用。

所述集流體為導電玻璃、金屬鈦、導電紙、柔性導電材料中的一種，真空干燥條件為50-80℃。

所述納米雜多酸鹽材料合成時，反應溫度為40-60℃，反應攪拌速度為300-600r/min，反應時間為6h-12h。

所述導電劑是乙炔黑、碳納米管、石墨烯、Super P、KB、VGCF中的一種或幾種；粘結劑為有機粘結劑或水性粘結劑中的一種；溶劑為N-甲基吡咯烷酮（NMP）或去離子水。

本發明的有益效果是，本發明合成的納米雜多酸鹽材料(A_nXM₁₂O₄₀)具有結構和組成上的多樣性，高的熱穩定性，能夠進行可逆的、連續的多電子氧化還原，對電子和質子具有傳輸和儲備能力，為光充電二次電池負極材料的充放電循環過程提供穩定的結構。本發明合成的納米雜多酸鹽材料(A_nXM₁₂O₄₀)有效的改善了光充電二次電池的循環壽命。

本發明所涉及的雜多酸鹽負極材料制備工藝簡單、反應條件安全、操作簡便、反應所涉及試劑對環境危害很小?？蛇m用于規?；a。

附圖說明

圖1為本發明的電池結構示意圖；

圖中，1為光陽極；2為正極；3為陰極；4為鋰離子導體膜；

圖2為采用實施例1所制納米磷鎢酸銨材料的透射電鏡圖；