[發明專利]高比能量的二次電池

在審

• 申請號: 202011021002.0
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112133913A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 楊海申;張俊喜
• 申請（專利權）人: 上海電力大學
• 主分類號: H01M4/60
• 分類號: H01M4/60;H01M4/38;H01M10/05;H01M10/052;H01M10/054
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

本發明公開了一種高比能量的二次電池，包括：正極、負極以及電解液，其中，正極的活性物質為碘及其衍生物，負極為金屬或合金。本發明的高比能量的二次電池的制備方法操作簡單、方便、易于工業化，且成本低、污染少，并且制備的金屬/碘化合物體系二次電池與常規二次電池相比，原料來源簡單，成本低、性能可調控性強，比能量高，在電動車、電動工具、電網儲能等方面有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于電化學工程與工業裝置領域，具體涉及一種高比能量的二次電池。

背景技術

因環境惡化壓力及傳統石化能源弊端，新能源作為我國的新興產業的將長期持續發展。太陽能和風能發電等新能源受時間、氣候等因素影響，不可能按火電那樣根據需要“隨用即發”，需要大規模蓄電相配合，避免造成“棄風”“棄光”的浪費。同時，系能源汽車的快速發展，對電池比能量的要求越來越高。此外，電網調峰也需要規模蓄電設備。因此，大規模蓄電是國民經濟和社會發展中迫切需要解決的關鍵問題之一。但是，現有儲電正極材料能量密度已發展到瓶頸，亟需開發高能量密度的新型電池材料。研發環保、高能量密度的大規模蓄電池是儲能研究的當務之急。但各類化學電源中，適合大規模蓄電者必須具備安全、廉價、環保三項基本性能。碘具有可變的價態,可發生多電子的氧化還原可逆反應，價態可在-1至+7之間變化，因而具有高達1690Ah/Kg的理論容量。同時，地球上有豐富的碘儲量，其中海水中含高達800億噸；此外，一些天然氣田、油田及礦石中也有大量的碘。因而研究碘在化學電源中的應用，不僅科學意義重大，實用價值也很高。以鹵素的正極材料研究的不多，而且主要利用鹵素化合物從-1價至0價之間變化。目前，尚未有研究利用鹵素由-1價至+3或更高價態的變化正極材料，如：由-1價碘(如：I^-1)變為+3價(如：ICl₃)。該過程涉及4電子轉移的反應，因而能量密度大大增加。因而，如能將其在化學電源中的新應用，將有較高的理論和現實意義。

發明內容

本發明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種高比能量的二次電池。

本發明提供了一種高比能量的二次電池，具有這樣的特征，包括：正極、負極以及電解液，其中，正極的活性物質為碘及其衍生物，負極為金屬或合金。

在本發明提供的高比能量的二次電池中，還可以具有這樣的特征：其中，碘及其衍生物為單質碘I₂、鹵化碘IX_n、金屬碘化物MI_x、有機碘化銨鹽R₄NI_n、N-取代咪唑鹽、有機碘化鏻鹽R₄PI_n、吡啶碘化氫鹽及其衍生物、有機碘化锍鹽R₃SI_n、有機碘代物RIX_n、有機碘化銨鹽聚合物、N-取代咪唑鹽聚合物、有機碘化鏻鹽聚合物、有機碘化锍鹽聚合物、有機碘代物聚合物。

在本發明提供的高比能量的二次電池中，還可以具有這樣的特征：其中，金屬碘化物中的陰離子為碘負離子及其與碘單質所形成的絡合物，金屬為第一主族元素、第二主族元素、第三主族元素、第四主族元素或過渡金屬，有機碘化銨鹽中的銨根陽離子為四烷基或芳基陽離子，陰離子為碘負離子及其與碘單質所形成的絡合物。

在本發明提供的高比能量的二次電池中，還可以具有這樣的特征：其中，N-取代咪唑鹽中的陽離子為N-烷基或芳基取代的咪唑陽離子，陰離子為碘負離子及其與碘單質所形成的絡合物，有機碘化鏻鹽中的鏻根陽離子為四烷基或芳基陽離子，陰離子為碘負離子及其與碘單質所形成的絡合物。

在本發明提供的高比能量的二次電池中，還可以具有這樣的特征：其中，吡啶碘化氫鹽及其衍生物中的質子化的芳香有機堿為陽離子，組成化合物的陰離子為碘負離子及其與碘單質所形成的絡合物，有機碘化锍鹽中的锍根陽離子為三烷基或芳基陽離子，組成化合物的陰離子為碘負離子及其與碘單質所形成的絡合物。