[發(fā)明專利]一種結(jié)晶水電池及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811644220.2
• 申請日: 2018-12-30
• 公開（公告）號: CN109713305B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張漢平;程春雷;張圣景;王亮;周佩
• 申請（專利權(quán)）人: 常州大學(xué)
• 主分類號: H01M4/60
• 分類號: H01M4/60;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M10/052;H01M10/058
• 代理公司: 常州市英諾創(chuàng)信專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32258
• 代理人: 王美華

本發(fā)明提供一種以結(jié)晶水合物作為正極活性物質(zhì)的電池及其制備方法，其中結(jié)晶水電池包括正極、負極和隔膜，正極以結(jié)晶水合物作為正極活性物質(zhì)，負極以活潑金屬的單質(zhì)、混合物或其合金作為負極活性物質(zhì)，隔膜為多孔態(tài)膜、凝膠態(tài)膜、全固態(tài)膜中的任意一種。本發(fā)明的結(jié)晶水電池以活潑金屬作為負極活性物質(zhì)，與正極活性物質(zhì)結(jié)晶水合物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生電流向外供能。本發(fā)明采用易得、便儲的結(jié)晶水合物作為正極活性物質(zhì)，制備方法簡單、原料來源廣泛、成本低，具有很好的工業(yè)化前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化學(xué)電源領(lǐng)域，特別涉及一種結(jié)晶水電池，具體地說，本發(fā)明涉及一種以結(jié)晶水合物作為活性物質(zhì)的電池。

背景技術(shù)

化學(xué)電源作為一種能源儲存和轉(zhuǎn)化的裝置，又稱為電池。化學(xué)電源按其工作方式可分為一次電池或原電池、二次電池或可充電池或蓄電池、儲備電池和燃料電池等。隨著電子、通訊技術(shù)的進步，移動通訊、便攜式電器、電動工具等的種類和使用量不斷增加，這些都向電池產(chǎn)業(yè)提出了更高的要求。

不同的電池結(jié)構(gòu)可以各異，但原則上都是由正、負極和隔膜及電解液等組成。電池中的正極和負極一般由相應(yīng)的活性物質(zhì)和一些添加劑組成，尤其是活性物質(zhì)影響著電池的容量和性能。在鋰電池領(lǐng)域中，正極材料性能直接影響了鋰電的各項性能指標(biāo)，且正極材料在鋰電池總成本中占據(jù)1/3以上的比例，因此正極材料在鋰電中占據(jù)核心地位。目前，主流的正極材料包括鈷酸鋰(LCO)、錳酸鋰(LMO)、磷酸鐵鋰(LFP)和三元材料(NCM/NCA)等四大類，就能量密度、成本、安全性、熱穩(wěn)定性和循環(huán)壽命來看，它們各有千秋，但都依舊存在不可避免的缺陷。鈷等貴金屬資源儲量有限，導(dǎo)致正極材料價格昂貴；其次，鎳、鈷、錳等重金屬對環(huán)境污染嚴(yán)重引起的一系列問題。在燃料電池領(lǐng)域中，多使用鉑、鈀等貴金屬催化劑，致使成本高昂。在上述眾多影響因素里，不難看出在現(xiàn)今電池發(fā)展進程中，制造成本和使用成本過高，是限制高性能電池難以大規(guī)模推廣使用最為關(guān)鍵的主導(dǎo)因素。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：現(xiàn)有電池體系中正極活性材料來源有限，價格高，從而提供一種以結(jié)晶水作為正極活性材料的電池。

結(jié)晶水合物中的水有兩種不同的結(jié)合方式，一種作為配體，配位在金屬離子上，稱為配位結(jié)晶水；另一種是結(jié)合在陰離子上，稱為陰離子結(jié)晶水。結(jié)晶水合物中的水呈固體狀態(tài)，以其作為活性物質(zhì)，有利于簡化電池結(jié)構(gòu)，降低成本。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：提供一種結(jié)晶水電池，包括正極、負極和隔膜。

所述的正極以結(jié)晶水合物作為正極活性物質(zhì)。

所述的負極以活潑金屬的單質(zhì)、混合物或其合金作為負極活性物質(zhì)。

所述的隔膜可以為多孔態(tài)膜、凝膠態(tài)膜、全固態(tài)膜中的任意一種。

進一步優(yōu)化的，結(jié)晶水合物由固態(tài)化合物和其結(jié)晶水組成，所述固態(tài)化合物為酸、堿、鹽中的一種或多種的復(fù)合物或混合物；其中，所述酸包括檸檬酸、肌酸、草酸、1,5-萘二磺酸、雜多酸、鈦酸、硼酸中的任意一種或多種；所述堿為堿金屬、堿土金屬、過渡金屬的氫氧化物，包括鋰、鈉、鉀、銣、銫、鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鋁、鈧、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅的氫氧化物，中任意一種或多種；所述鹽為金屬離子或銨根離子與酸根離子或非金屬離子結(jié)合的化合物，包括硫酸鹽、碳酸鹽、鹵化物、硫代硫酸鹽、磷酸鹽、氟磷酸鹽、硝酸鹽、鉻酸鹽、鈦酸鹽、硼酸鹽、雜多酸鹽中的任意一種或多種；所述結(jié)晶水合物還可以是酸堿鹽組成的復(fù)合物，包括銅、鎂、鈣、鍶、鋅、鋇、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳的堿式碳酸鹽；也可以是含有結(jié)晶水的氧化物或硫化物，包括含結(jié)晶水的褐鐵礦Fe₂O₃·xH₂O。

進一步優(yōu)化的，結(jié)晶水電池的正極還包括導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和集流體，所述正極是由活性材料物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的混合物負載于集流體上而形成。