[發(fā)明專利]一種硼化物型堿性電池的緩蝕技術(shù)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211238838.5
• 申請(qǐng)日: 2022-10-13
• 公開（公告）號(hào): CN115642255A
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王凡奇;溫兆銀;谷穗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇中科兆能新能源科技有限公司;中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號(hào): H01M4/62
• 分類號(hào): H01M4/62;H01M10/36;H01M10/42
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種適用于水系硼化物型電池陽極析氫腐蝕反應(yīng)的緩蝕劑，具體包括釩的氧化物以及釩酸鹽類等。這種緩蝕劑既可以添加于如二硼化釩等硼化物型負(fù)極中，也可以溶解于如氫氧化鉀溶液等堿性電解液中。基于正釩酸根離子的V?O鍵結(jié)合較弱且O^2?離子易與H⁺離子結(jié)合成水，利用強(qiáng)堿性溶液中多釩酸鹽與正釩酸鹽的化學(xué)平衡轉(zhuǎn)換反應(yīng)，減少H⁺離子量而提高其析氫過電位。采用上述緩蝕劑所制備的扣式電池，可以實(shí)現(xiàn)在0.5 mA/cm²電流密度下放電容量達(dá)到2752 mAh/g，放電效率提高了9.3%。另外，本發(fā)明方法可操作性強(qiáng)，重現(xiàn)性好，且所得產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水系電池中最主要的問題即析氫腐蝕副反應(yīng)，具體涉及硼化物型堿性電池的陽極析氫副反應(yīng)抑制。該緩蝕技術(shù)所選添加劑及添加劑的添加方式等主要針對(duì)于硼化物型陽極的析氫腐蝕問題，基于質(zhì)子與釩酸根離子的化學(xué)反應(yīng)有效地避免了氫離子的析氫反應(yīng)而提高了陽極的放電效率，屬于化學(xué)電源領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著社會(huì)發(fā)展、科技進(jìn)步，各種便攜式用電設(shè)備充斥了人們生活的方方面面。為了滿足越來越高的用電需求，新型電池體系及電極材料被不斷地探索和開發(fā)。金屬硼化物是一類新型的陽極材料，如二硼化釩、二硼化鈦、二硼化鎂等在堿性水系電池中分別可發(fā)生11電子、6電子和8電子氧化轉(zhuǎn)移，對(duì)應(yīng)比容量高達(dá)4060 mAh/g、2314 mAh/g和4667 mAh/g，是金屬鋅的3-5倍。故而基于硼化物型陽極的電池具有潛在的應(yīng)用前景。

目前關(guān)于硼化物型陽極的匹配陰極，一般為空氣電極，也即硼化物型空氣電池。此外，如氫氧化亞鎳、二氧化錳等也可作為陰極與其配對(duì)。硼化物型電池雖然基于陽極具有超高的理論容量，但其也存在水系電池的基本問題即析氫腐蝕問題，不僅損耗活性物質(zhì)導(dǎo)致實(shí)際放電效率低下，而且產(chǎn)生的氫氣會(huì)破壞電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)使其停止工作。已有的析氫腐蝕抑制工作主要包括氫氧根離子導(dǎo)體型聚合物PDA（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019,11(5):5123-5128；發(fā)明專利ZL201810005286.0）和層狀雙氫氧化物L(fēng)DH（ACS Appl. Mater.Interfaces, 11 (2019), pp. 5123-5128；發(fā)明專利CN201910269633.5）包覆二硼化釩，基于氫氧根型堿性離子液體的功能性界面緩蝕層傳導(dǎo)OH^-抑制析氫（發(fā)明專利CN201910869670.X），以及物理隔離型氧化鋯（Chemical Communications 2006,4341-4343）包覆二硼化釩等。這些策略都在一定程度上提高了硼化物的利用效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是通過在硼化物型負(fù)極中或者堿性電解液中添加一種緩蝕劑，在不影響硼化物型電池放電電位等電化學(xué)性能前提下，實(shí)現(xiàn)抑制陽極析氫腐蝕問題，提高活性物質(zhì)硼化物的放電效率。

一方面，本發(fā)明提出了一種適用于改善硼化物型堿性水系電池陽極析氫腐蝕問題的緩蝕劑，所述緩蝕劑主要為釩的氧化物及釩酸鹽類，所述釩的氧化物包括V₂O₃、VO₂、V₂O₅等，所述釩酸鹽類包括具有VO₄^3-、VO₂⁺、VO₃^-、V₂O₇^4-等酸根離子的鹽；所述陰離子型釩酸鹽的陽離子為鉀離子、鈉離子、鎂離子、鋅離子、鉍離子、鋁離子等；所述緩蝕劑既可以添加于負(fù)極中，也可以溶解于堿性電解液中。