[發明專利]一種超快充電的錳鋅電池

在審

• 申請號: 202011495508.5
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112803028A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 余穎;朱前程;邱明強
• 申請（專利權）人: 華中師范大學
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66;H01M10/36;H01M10/38
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 喬宇

本發明涉及一種具有超快充電功能的錳鋅電池。包括正極、負極材料鋅、電解液，所述的正極為可作集流體的材料，正極上無正極活性材料，所述的電解液為含二價鋅和二價錳的電解液。其采用高電壓沉積的充電方式實現錳鋅電池的快速充電和高儲能容量。作為一種能量較高且具有實用前景的水系電池，有望于未來的商業化應用。

技術領域

本發明涉及水系二次電池領域，具體涉及一種超快充電的錳鋅電池。

背景技術

未來，能源和環境成為人類面臨的兩大難題。傳統煤炭、石油等一次能源的枯竭和日益突出的環境污染問題對人類的生存和發展提出了挑戰。在此背景下，清潔、經濟、可再生的能源受到了科學家們的廣泛關注。而新能源往往是瞬間的，不具有持久性，因此，儲能顯得格外重要。儲能在電網、電動汽車和各類電子器件上都得到了廣泛應用?，F今，最為普遍應用的儲能設備是鋰離子電池。但是，長期看來，鋰資源的短缺和生產使用過程中所帶來的環境和安全問題將限制鋰離子電池在未來長期的發展。相比之下，水系電池其具有安全、無毒和價格低廉等優勢，因此受到科學和工程工作者的日益關注。特別是鋅離子電池，當前研究發現其能量高于大部分的其他類型水系電池。其中，錳鋅電池是最具代表性的鋅離子電池之一，尤其是伴隨著錳的兩電子轉移機理的發現(Angew Chem Int Ed 2019,58,7823-7828.)，使得其容量可超過600mAh/g，能量密度可達1000Wh/Kg(以錳材料質量計算)。而整個器件的能量密度有望達到鋰電池的標準。然而，實際應用中，如何實現低成本、可靠性強和高容量的錳鋅電池依然是一個難題。另外，有關錳鋅電池的超快速充電還是業內科研和工程研究的空白。實現超快充電對電池來說無疑是一個非常有意義的性能，這將有利于推進錳鋅電池在儲能領域特別是電動車所需的儲能電池中具有應用的前景。錳鋅電池超快速的充電將大大縮短電動汽車和電子器件等儲能設備的充電時間，為進一步實現商用提供了技術支持。

發明內容

基于上述背景，本發明提出了一種具有超快充電功能的錳鋅電池。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

提供一種具有超快充電功能的錳鋅電池，包括正極、負極材料鋅、電解液，所述的正極為可作集流體的材料，正極上無正極活性材料，所述的電解液為含二價鋅和二價錳的電解液，。

按上述方案，所述的可作集流體的材料選用碳和惰性金屬等導電性材料，如碳布、碳氈，碳紙和鈦金屬材料等。

按上述方案，負極材料鋅為商用鋅片，厚度為0.01mm以上。

按上述方案，所述鋅的鹽溶液包括硫酸鋅，硝酸鋅和醋酸鋅等含鋅鹽溶液；錳的鹽溶液包括硫酸錳、硝酸錳和醋酸錳等含錳鹽溶液。

按上述方案，所述電解液中二價錳和二價鋅的摩爾比優選范圍為1：2到4：1；電解液中二價錳和二價鋅濃度可選0.5M以上，高濃度有利于容量的提高，但電解質用量大，使用時可根據需求調節。

按上述方案，上述錳鋅電池的充電方式為恒電壓充電，施加電壓范圍為2V～2.6V。低于2V則不能實現錳的沉積，高于2.6V則因為水分解的原因會導致電池放電效率較低。

按上述方案，所述的錳鋅電池組裝方式可采用已有技術的卷芯、類鉛蓄電池和軟包電池等電池組裝形式。

按上述方案，所述的具有超快充電功能的錳鋅電池還包括電池隔膜，所述電池隔膜可采用已有技術的水系電池用隔膜或超級電容器隔膜，如纖維紙，無紡布，聚丙烯隔膜和玻璃纖維等。如能保證器件中正負極不相互接觸，也可不采用隔膜。

具有超快充電功能的錳鋅電池的充電方法，對電池進行恒電壓充電，通過恒電壓沉積達到快速充電的效果，施加電壓范圍為2V～2.6V。低于2V則不能實現錳的沉積，高于2.6 V則因為水分解的原因會導致電池放電效率較低。