本發明專利技術涉及一種新型電池，其解決了現有可充電電池成本高、比能量低、壽命短、污染重的技術問題，其包括電池正極、電池負極、電解液和隔膜，電池正極為二氧化錳/聚苯胺/碳三元復合材料，電解液為弱酸性電解液，本發明專利技術可廣泛應用于電池領域。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種充放電裝置，特別是涉及一種成本低、比能量高、壽命長的新型電池。
技術介紹
二氧化錳應用于干電池的研究已經有150多年的歷史了，最早在1860年，法國的George Leclanche專利技術了碳鋅電池，隨后陸續發展了傳統的氯化銨型鋅/ 二氧化錳電池，高能氯化鋅型鋅/ 二氧化錳電池和堿性鋅/ 二氧化錳電池，然而這些都是一次性電池。雖然單個電池成本很低，但由于不能充放電和循環利用，按照能量成本計算，使用成本還是比較高的，而且目前一次性電池回收還是比較困難的，廢棄電池不可避免地會對環境造成污染。鋅/ 二氧化錳電池是一次電池，比能量高，目前已經商品化的堿性鋅錳電池可以 達到llOwh/kg，氯化鋅型電池長時間放電也能達到90wh/kg，但是一次電池無法循環利用。為了減少二氧化錳消耗和降低環境污染，一次電池向二次電池的轉變是電池工業發展的必然趨勢。目前傳統的二次電池主要有鉛酸蓄電池，鎳鎘蓄電池，鎳氫蓄電池和鋰離子蓄電池，這四種電池的各項性能比較如表I所示。表I各種電池的性能比較J池名~I質髴 比能-量IJ環壽I 色|￡格比能I自放電~環保性稱電壓命效應量I IAI 鉛酸蓄25 200 f 0.7 1.0 8 10%/ 錯和硫酸 電池 Z30wh/kg 250元/wh月污染鎳鎘蓄40 3002.2 2.6 12 鎳、鎘和堿 電池 1 一45wh/kg 400元/wh 15%/月污染 鎳氫蓄 12V 60 300 尤 2.8 3.2 20 鎳和堿污 電池65wh/kg 350元/wh 2 5%/月染鋰離子180 500 + 2.5 2.7 3 5%/ 有機溶劑 蓄電池200wh/kg 600元/wh月污染由表I可知，四種二次電池各有優缺點，鉛酸蓄電池最便宜，但是循環壽命最短，污染也比較嚴重，價格比能量最低；鎳氫蓄電池和鎳鎘蓄電池價格比能量比鉛酸蓄電池高一倍，壽命也長，但是污染嚴重，尤其鎳鎘蓄電池，因為鎘離子是劇毒的金屬離子；鋰離子蓄電池的各項性能都比較好，質量比能量非常高，壽命也最長，價格也比較高，但是由于其采用有機溶劑電解液，安全性較差，尤其是大電池。在這種情況下，研發一種低成本、高比能量、循環壽命長的二次電池是非常有意義的。可充鋅錳電池主要有兩種，一種是可充堿性鋅錳電池，另一種是弱酸性鋅錳電池，目前幾乎所有的研究都集中在可充堿性鋅錳電池上。大量的研究表明堿性條件下，MnOx在放電過程中，X由2逐漸變小，當X>1. 75時，MnOx具有良好的可逆性；當I. 75>x>l. 5時，電池可逆性變差；當x〈l. 5時，電池可逆性很差。這就意味著，MnOx的放電克容量小于ISOmAhg-1,電池才具有較好的可逆性，這就極大的限制了 MnOx的可用容量。堿性條件下MnO2的標準電極電勢為0. 73V VS SHE，金屬鋅的標準電極電勢-I. 199V vs SHE，這說明理想的堿性Zn-MnO2電池的電壓應該為2V左右，然而實際過程MnOx中的x往往小于2，且電解液KOH濃度很高，導致電池開路電壓僅僅為1.7V左右。根據上述數據，這就要求堿性電池在充電時，電壓必須高于I. 7V才能夠使得x>l. 75，從而保證電池的可逆性，然而水的分解電壓為I. 23V，即使考慮析氫析氧過電位，水的分解電壓也不過I. 6V左右，這就意味著，堿性鋅錳電池在充電時不可避免的導致電解液中水的分解。同時，有文獻研究表明，當電池充電電壓大于I. 8V時，MnO2將會被進一步氧化為錳酸根，錳酸根溶解于電解液K0H，一方面導致隔膜被錳酸根氧化而破壞，另一方面錳酸根擴散至負極，氧化金屬鋅，導致電池嚴重的自放 電。這就造成了充電電壓太低，MnOx中X不能被氧化至x=2，電池可逆性差；而充電電壓太高，則導致隔膜破損和電池嚴重自放電的后果。綜上所述，對于堿錳二次電池，主要存在循環壽命短、性能穩定性差等缺點，同時，使用條件苛刻，即不能過放電，也不能過充電。對于負極金屬鋅而言，鋅在堿液中的可逆性已經被證明是可行的。但是，由于充放電過程中，電解液中鋅酸根的濃度非常低，而鋅酸根又是易放電還原離子，這就導致充電過程中，鋅酸根不可避免的出現濃差擴散效應，尤其是充電后期，負極表面氧化鋅幾乎消耗殆盡時，由于擴散作用的存在，鋅酸根將會形成尖端放電還原，形成枝晶。由正負極電力線分布可知，枝晶的生長方向是由負極往正極方向生長，隨著枝晶數量增加，很可能穿透隔膜形成電池內部短路導致電池報廢。這也是限制堿性鋅錳和鎳鋅電池循環壽命的原因。有文獻研究表明，金屬鋅在大電流放電時，其表面將會形成的氧化鋅鈍化膜，當電流密度大于一定值時，將會導致金屬鋅的鈍化而無法放電，這限制了堿性鎳鋅，鋅錳和鋅空氣電池的應用范圍。絕大部分的研究者通過增加金屬鋅的比表面積來解決此類問題，例如，在一次鋅錳電池中采用鋅粉漿作為負極，而鎳鋅和鋅空電池將鋅粉通過粘結劑或者粉末冶金的方法制成鋅粉電極。這不可避免帶來生產工藝的復雜性和繁瑣性，而且對于二次電池，隨著充放電的進行，鋅粉不可能恢復到原來的結構，這就不可避免的導致鋅粉脫落和晶粒長大問題，進而導致金屬鋅負極容量下降。上世紀70年代末80年代初，美國Kordesch等研究發現普通的電解二氧化錳在放電深度小于IOSmAhg4時可循環50 60次,但當達到ISAmAhg—1時，循環壽命降低到8 10次。因此研究可充MnO2電極的關鍵是改性MnO2電極的可塑性差問題。改性的方法是往MnO2中添加少量添加劑，例如加入含鉍，銀和鈦的化合物。蘇侯香等人在二氧化錳中摻入鉍離子制備了 Bi-MnO2復合物，其初期容量可達ieOmAhg'然而50周期后，容量僅為6ImAhg'周軍平研究表明化學二氧化錳的可充性優于電化學二氧化錳，摻雜Ti可大大提高化學二氧化猛的可充性，但是對放電容量沒有改善。最近的Qian Wang研究表明，在二氧化猛中摻雜少量納米Ag4Bi2O5能夠大幅度提高二氧化錳的可充性，其容量可以達到10周期后仍然保持244mAhg' 100周期之后,剩下72mAhg' 120個周期后僅有51mAhg'而且Ag的價格昂貴難以大規模推廣應用。值得注意的是，堿性鋅錳電池的電解液往往是7 QmolL-1的KOH (強堿性)，這意味著，一旦電解液滲漏或者電池被廢棄，其內部的電解液不可避免對環境造成污染，理論計算，IL的電解液，需要104t水才能夠稀釋至可以正常排放中性，(pH=6-8)。由于堿性鋅錳電池充放電存在的種種問題，越來越多的研究者調整方向，開展了關于中性及弱酸性鋅錳二次電池的研究。然而在酸性鋅錳初期的研究中，尤其是早期的氯化銨型鋅錳電池，卻發現是不可充電的，即二氧化錳不具有氧化還原的可逆性，這也導致人們對可充電的酸性鋅錳電池研究極少。隨后，越來越多的研究表明酸性條件下二氧化錳是具有氧化還原可逆性的，其不可充電是因為氯化銨電池中存在的大量銨根離子導致。李偉善等人研究表明=MnO2在傳統的氯化銨型鋅錳電池中不可再充電是由于NH4+離子存在，導致放電過程中形成了難溶的氨絡合鹽，使其不可逆；而在不含NH4+的ZnCl2溶液中，MnO2電極具有良好的可充性，在沒有副反應的充放電循環過程中，經100次循環后，MnO2的利本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種新型電池，其包括電池正極、電池負極、電解液和隔膜，其特征是所述電池正極為二氧化錳/聚苯胺/碳三元復合材料，所述電解液為弱酸性電解液。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：徐攀，韓家軍，
申請(專利權)人：威海至圣電池科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。