一種離子電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種離子電池，包括正極、負(fù)極、隔膜和電解液，其特征在于，所述正極的活性材料為立方結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)化合物中的一種或幾種；所述負(fù)極的活性材料為鋅；所述電解液的溶質(zhì)包括鋅鹽和堿金屬鹽。本發(fā)明提供的離子電池負(fù)極的活性材料為鋅，使離子電池的電壓比和容量較高；本發(fā)明提供的離子電池以立方結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)化合物作為正極的活性材料，有利于電解液中堿金屬離子的嵌入和脫出；使本發(fā)明提供的離子電池具有較高的工作電壓。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明提供的離子電池的工作電壓為1.6V～1.7V。
【專利說(shuō)明】一種離子電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電池【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種離子電池。
【背景技術(shù)】
[0002]離子電池通常為鋰離子電池，以炭材料為負(fù)極，以含鋰的化合物為正極，在電池的充放電過(guò)程中，沒(méi)有金屬鋰存在，只有鋰離子。當(dāng)對(duì)鋰離子電池進(jìn)行充電時(shí)，鋰離子電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經(jīng)過(guò)電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極；負(fù)極中的炭材料呈層狀結(jié)構(gòu)，具有微孔，達(dá)到負(fù)極的鋰離子就嵌入到炭材料的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣，當(dāng)對(duì)鋰離子電池進(jìn)行放電時(shí)，嵌在負(fù)極炭材料中的鋰離子脫出，又運(yùn)動(dòng)回正極，回到正極的鋰離子越多，放電容量越高。
[0003]申請(qǐng)?zhí)枮?01010546144.9的中國(guó)專利公開(kāi)了一種鋰離子電池，所述鋰離子電池的組成包括正極、負(fù)極、隔膜層和電解液，正極由金屬電極及金屬電極上的正極材料組成，負(fù)極由金屬電極及金屬電極上的負(fù)極材料組成，正極材料包括鈷酸鋰、導(dǎo)電碳材料、聚偏二氟乙烯、聚六氟丙烯、鄰苯二甲酸二丁酯；負(fù)極材料包括鈦酸鋰、導(dǎo)電碳材料、聚偏二氟乙烯、聚六氟丙烯、鄰苯二甲酸二丁酯；電解液由碳酸乙烯酯、二甲基碳酸酯、乙基甲基碳酸酯組成。現(xiàn)有技術(shù)提供的這種離子電池內(nèi)部不易發(fā)生短路，電池的安全性能較好，但是這種離子電池的成本較高。
[0004]鈉離子電池原料的成本較低，開(kāi)發(fā)鈉離子電池比鋰離子電池具有更大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。現(xiàn)有技術(shù)提供的水系鈉離子電池主要有NaTi2(P04)3/Naa44Mn02類型的(Z.Li，D.Young, K.Xiang, ff.C.Caeter, Y.M.Chiang, Adv.Energy.Mater.2013, 3, 290-294)、ACZNath44MnO2 類型的(J.F.Whitacre, A.Tevar, S.Sharma, Electrochem.Commun.2010，12，463-466)、NaTi2 (PO4) 3/Na2NiFe (CN) 6類型的(X.Y.ffu, Y.L.Cao, X.P.Ai, J.F.Qian, Η.X.Yang, Electrochem.Commun.2013, 31, 145-148)、NaTi2 (PO4) 3/Na2CuFe (CN) 6 類型的(X.Y.ffu, Μ.Y.Sun, Y.F.Shen, J.F.Qian, Y.L.Cao, X.P.Ai, Η.X.Yang, ChemSusChem, 2014，7，407-411)、NaTi2 (PO4) 3/K0.27Mn02 類型的(Y.Liu, Y.Qiao, ff.X.Zhang, H.H.Xu, Z.Li, Y.Shen, L.X.Yuan, X.L.Hu, X.Dai, Y.H.Huang, Nano Energy2014, 5，97-104)、NaMn2 (CN) JNa2CuFe(CN)6 類型的(M.Pasta, C.D.ffessells, N.Liu, J.Nelson, Μ.T.McDowell, R.A.Huggins, M.F.Toney, Y.Cui, Nat.Commun.2014，5，3007)以及 PPy/KCuFe (CN)6 類型的(M.Pasta, C.D.ffessells, R.A.Huggins, Y.Cu1.Nat.Commun.2012, 3, 1149)?，F(xiàn)有技術(shù)提供的這些鈉離子電池雖然具有成本低的優(yōu)勢(shì)，但這些鈉離子電池的工作電壓在0.9V?1.4V的范圍內(nèi)，工作電壓較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種離子電池，本發(fā)明提供的離子電池具有較高的工作電壓。
[0006]本發(fā)明提供了一種離子電池，包括正極、負(fù)極、隔膜和電解液，其特征在于，[0007]所述正極的活性材料為立方結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)化合物中的一種或幾種；
[0008]所述負(fù)極的活性材料為鋅；
[0009]所述電解液的溶質(zhì)包括鋅鹽和堿金屬鹽。
[0010]優(yōu)選的，所述立方結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)化合物中的過(guò)渡金屬離子包括Ni2+、Zn2+、Cu2+、Co2+、Cd2+或 Pb2+。
[0011]優(yōu)選的，所述電解液的溶質(zhì)中鋅鹽與堿金屬鹽的摩爾比為(I?10): (10?I)。
[0012]優(yōu)選的，所述堿金屬鹽包括鉀鹽或鈉鹽。
[0013]優(yōu)選的，所述電解液的摩爾濃度為0.lmol/L?10mol/L。
[0014]優(yōu)選的，所述立方結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)化合物的制備方法為:
[0015]將過(guò)渡金屬鹽和氰化鹽在水中反應(yīng)，得到立方結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)化合物；所述氰化鹽包括亞鐵氰化鹽或鐵氰化鹽。
[0016]優(yōu)選的，所述過(guò)渡金屬鹽和氰化鹽的摩爾比為(I?3):1。
[0017]優(yōu)選的，所述立方結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)化合物的制備方法為:
[0018]將過(guò)渡金屬鹽水溶液和氰化鹽水溶液反應(yīng)，得到立方結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)化合物。
[0019]優(yōu)選的，所述過(guò)渡金屬鹽水溶液的摩爾濃度為0.005mol/L?10mol/L ;所述氰化鹽水溶液的摩爾濃度為0.005mol/L?5mol/L。
[0020]優(yōu)選的，所述氰化鹽包括亞鐵氰化鉀、亞鐵氰化鈉、鐵氰化鉀或鐵氰化鈉。
[0021]本發(fā)明提供了一種離子電池，包括正極、負(fù)極、隔膜和電解液，其特征在于，所述正極的活性材料為立方結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)化合物中的一種或幾種；所述負(fù)極的活性材料為鋅；所述電解液的溶質(zhì)包括鋅鹽和堿金屬鹽。本發(fā)明提供的離子電池負(fù)極的活性材料為鋅，使離子電池的電壓比和容量較高；本發(fā)明提供的離子電池以立方結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)化合物作為正極的活性材料，有利于電解液中堿金屬離子的嵌入和脫出；使本發(fā)明提供的離子電池具有較高的工作電壓。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明提供的離子電池的工作電壓為1.6V?1.7V。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的類普魯士藍(lán)化合物的XRD圖；
[0023]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1得到的離子電池的充放電性能曲線；
[0024]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2得到的離子電池的充放電性能曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0025]本發(fā)明提供了一種離子電池，包括正極、負(fù)極、隔膜和電解液，其特征在于，
[0026]所述正極的活性材料為立方結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)化合物中的一種或幾種；
[0027]所述負(fù)極的活性材料為鋅；
[0028]所述電解液的溶質(zhì)包括鋅鹽和堿金屬鹽。
[0029]本發(fā)明提供的離子電池負(fù)極的活性材料為鋅，使離子電池的電壓比和容量較高；本發(fā)明提供的離子電池以立方結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)化合物作為正極的活性材料，有利于電解液中堿金屬離子的嵌入和脫出；使本發(fā)明提供的離子電池具有較高的工作電壓。
[0030]本發(fā)明提供的離子電池包括正極，所述正極的活性材料為立方結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)化合物中的一種或幾種，優(yōu)選為立方結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)化合物中的一種。在本發(fā)明中，所述立方結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)化合物中的過(guò)渡金屬離子優(yōu)選包括Ni2+、Zn2+、CU2+、Co2+、Cd2+或Pb2+，更優(yōu)選包括Ni2+、Zn2+或Cu2+，最優(yōu)選包括Ni2+或Cu2+。在本發(fā)明中，所述立方結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)化合物的制備方法優(yōu)選為:
[0031]將過(guò)渡金屬鹽和氰化鹽在水中反應(yīng)，得到立方結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)化合物；所述氰化鹽包括亞鐵氰化鹽或鐵氰化鹽。
[0032]本發(fā)明優(yōu)選將過(guò)渡金屬鹽水溶液和氰化鹽水溶液反應(yīng)，得到立方結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)化合物；更優(yōu)選將過(guò)渡金屬鹽水溶液加入到氰化鹽水溶液中反應(yīng)，得到立方結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)化合物。在本發(fā)明中，所述過(guò)渡金屬鹽水溶液的摩爾濃度優(yōu)選為0.005mol/L?IOmol/L,更優(yōu)選為0.0lmol/L?8mol/L,最優(yōu)選為0.05mol/L?5mol/L,最最優(yōu)選為0.lmol/L?2mol/L。在本發(fā)明中，所述氰化鹽水溶液的摩爾濃度優(yōu)選為0.005mol/L?5mol/L，更優(yōu)選為 0.008mol/L ?4mol/L,最優(yōu)選為 0.0lmol/L ?3mol/L,最最優(yōu)選為 0.05mol/L ?2mol/L0
[0033]在本發(fā)明中，所述反應(yīng)的方法優(yōu)選為陳化處理。在本發(fā)明中，所述反應(yīng)的時(shí)間優(yōu)選為2小時(shí)?24小時(shí)，更優(yōu)選為5小時(shí)?18小時(shí)，最優(yōu)選為8小時(shí)?14小時(shí)，最最優(yōu)選為10小時(shí)?12小時(shí)。在本發(fā)明中，所述反應(yīng)的溫度優(yōu)選為20°C?30°C，更優(yōu)選為24°C?28°C，最優(yōu)選為25°C?26 °C。
[0034]在本發(fā)明中，所述過(guò)渡金屬鹽中的金屬離子優(yōu)選包括Ni2+、Zn2+、Cu2+、Co2+、Cd2+或Pb2+，更優(yōu)選包括Ni2+、Zn2+或Cu2+，最優(yōu)選包括Ni2+或Cu2+。在本發(fā)明中，所述過(guò)渡金屬鹽中的陰離子優(yōu)選包括SO42' NO3-或Cl—，更優(yōu)選包括SO42'本發(fā)明對(duì)所述過(guò)渡金屬鹽的來(lái)源沒(méi)有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的上述種類的過(guò)渡金屬鹽即可，可由市場(chǎng)購(gòu)買獲得。
[0035]在本發(fā)明中，所述氰化鹽包括亞鐵氰化鹽或鐵氰化鹽，優(yōu)選包括亞鐵氰化鉀、亞鐵氰化鈉、鐵氰化鉀或鐵氰化鈉，更優(yōu)選包括亞鐵氰化鈉或鐵氰化鉀。本發(fā)明對(duì)所述氰化鹽的來(lái)源沒(méi)有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的上述種類的氰化鹽即可，可由市場(chǎng)購(gòu)買獲得。
[0036]在本發(fā)明中，所述過(guò)渡金屬鹽和氰化鹽的摩爾比優(yōu)選為(I?3):1，更優(yōu)選為(I?
2):1，最優(yōu)選為2:1。
[0037]所述過(guò)渡金屬鹽和氰化鹽在水中反應(yīng)完成后，本發(fā)明優(yōu)選將得到的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行洗滌、干燥，得到立方結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)化合物。本發(fā)明對(duì)所述洗滌、干燥的方法沒(méi)有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的洗滌、干燥的技術(shù)方案即可。
[0038]本發(fā)明對(duì)所述正極的制備方法沒(méi)有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的離子電池正極制備技術(shù)方案即可。在本發(fā)明中，所述正極的制備方法優(yōu)選為:
[0039]將上述技術(shù)方案制備得到的立方結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)化合物、離子電池導(dǎo)電劑和離子電池粘結(jié)劑混合，將得到的混合物涂覆在金屬箔片上，得到正極。
[0040]本發(fā)明對(duì)所述混合的方法沒(méi)有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的混合技術(shù)方案即可。本發(fā)明對(duì)所述涂覆的方法沒(méi)有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的涂覆技術(shù)方案即可。
[0041]本發(fā)明對(duì)所述離子電池導(dǎo)電劑的種類和來(lái)源沒(méi)有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的離子電池導(dǎo)電劑即可，可由市場(chǎng)購(gòu)買獲得。在本發(fā)明中，所述離子電池導(dǎo)電劑優(yōu)選為碳黑、石墨或乙炔黑，更優(yōu)選為乙炔黑。
[0042]本發(fā)明對(duì)所述離子電池粘結(jié)劑的種類和來(lái)源沒(méi)有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的離子電池粘結(jié)劑即可，可由市場(chǎng)購(gòu)買獲得。在本發(fā)明中，所述離子電池粘結(jié)劑優(yōu)選為聚乙烯醇、聚四氟乙烯或羧甲基纖維素鈉，更優(yōu)選為聚四氟乙烯。在本發(fā)明中，所述立方結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)化合物、離子電池導(dǎo)電劑和離子電池粘結(jié)劑的質(zhì)量比優(yōu)選為(5?9): (I?3): (0.5 ?1.5)，更優(yōu)選為(6 ?8): (1.5 ?2.5): (0.8 ?1.2)，最優(yōu)選為 7:2:1。
[0043]本發(fā)明對(duì)所述金屬箔片的種類、形狀和來(lái)源沒(méi)有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的離子電池正極用金屬箔片及形狀即可，可由市場(chǎng)購(gòu)買獲得。在本發(fā)明中，所述金屬箔片優(yōu)選為銅箔、鋁箔或不銹鋼箔，更優(yōu)選為不銹鋼箔。
[0044]將所述立方結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)化合物、離子電池導(dǎo)電劑和離子電池粘結(jié)劑混合物涂覆在金屬箔片上后，本發(fā)明優(yōu)選將所述金屬箔片進(jìn)行干燥，得到正極。本發(fā)明對(duì)干燥所述正極金屬箔片的方法沒(méi)有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的干燥技術(shù)方案即可。在本發(fā)明中，所述正極金屬箔片的干燥方法優(yōu)選為真空烘干。
[0045]本發(fā)明提供的離子電池包括負(fù)極，所述負(fù)極的活性材料為鋅。本發(fā)明對(duì)所述鋅的形態(tài)沒(méi)有特殊的限制，在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述鋅既可以為鋅粉也可以為鋅片。在本發(fā)明中，當(dāng)所述鋅為鋅片時(shí)，本發(fā)明可將鋅片直接作為負(fù)極。在本發(fā)明中，當(dāng)所述鋅為鋅粉時(shí)，所述負(fù)極的制備方法優(yōu)選為:
[0046]將鋅粉、離子電池導(dǎo)電劑和離子電池粘結(jié)劑混合，將得到的混合物涂覆在金屬箔片上，得到負(fù)極。
[0047]在本發(fā)明中，所述鋅粉、離子電池導(dǎo)電劑和離子電池粘結(jié)劑的質(zhì)量比優(yōu)選為(5?9): (I ?3): (0.5 ?1.5)，更優(yōu)選為(6 ?8): (1.5 ?2.5): (0.8 ?1.2)，最優(yōu)選為 7:2:1。在本發(fā)明中，所述離子電池導(dǎo)電劑、離子電池粘結(jié)劑和金屬箔片種類和來(lái)源與上述技術(shù)方案所述離子電池導(dǎo)電劑、離子電池粘結(jié)劑和金屬箔片種類和來(lái)源一致，在此不再贅述。
[0048]將所述鋅粉、離子電池導(dǎo)電劑和離子電池粘結(jié)劑混合物涂覆在金屬箔片上后，本發(fā)明優(yōu)選將所述金屬箔片進(jìn)行干燥，得到負(fù)極。本發(fā)明對(duì)干燥所述負(fù)極金屬箔片的方法沒(méi)有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的干燥技術(shù)方案即可。在本發(fā)明中，所述負(fù)極金屬箔片的干燥方法優(yōu)選為真空烘干。
[0049]本發(fā)明提供的離子電池，包括隔膜。本發(fā)明對(duì)所述隔膜的種類和來(lái)源沒(méi)有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的離子電池隔膜即可，可由市場(chǎng)購(gòu)買獲得。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述隔膜可以為聚烯烴多孔膜。
[0050]本發(fā)明提供的離子電池，包括電解液，所述電解液的溶質(zhì)包括鋅鹽和堿金屬鹽。在本發(fā)明中，所述鋅鹽和堿金屬鹽的質(zhì)量比優(yōu)選為(I?10): (10?I)，更優(yōu)選為1: (0.5?5),最優(yōu)選為1: (I?4.5),最最優(yōu)選為1:4。
[0051 ] 在本發(fā)明中，所述鋅鹽優(yōu)選包括硫酸鋅、醋酸鋅、高氯酸鋅和氯化鋅中的一種或幾種，更優(yōu)選包括硫酸鋅和氯化鋅中的一種或兩種，最優(yōu)選包括硫酸鋅。在本發(fā)明中，所述堿金屬鹽優(yōu)選包括鉀鹽或鈉鹽。在本發(fā)明中，所述鉀鹽優(yōu)選包括硫酸鉀、醋酸鉀、高氯酸鉀和氯化鉀中的一種或幾種，更優(yōu)選包括硫酸鉀和氯化鉀中的一種或兩種，最優(yōu)選包括硫酸鉀。在本發(fā)明中，所述鈉鹽優(yōu)選包括硫酸鈉、氯化鈉、醋酸鈉、高氯酸鈉和雙氟磺酰亞胺鈉中的一種或幾種，更優(yōu)選包括硫酸鈉和氯化鈉中的一種或兩種，最優(yōu)選包括硫酸鈉。本發(fā)明對(duì)所述鋅鹽和堿金屬鹽的來(lái)源沒(méi)有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的上述種類的鋅鹽和堿金屬鹽即可，可由市場(chǎng)購(gòu)買獲得。
[0052]在本發(fā)明中，所述電解液的溶劑優(yōu)選包括水或有機(jī)溶劑，更優(yōu)選包括水。在本發(fā)明中，所述有機(jī)溶劑優(yōu)選包括乙醚、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲基酯、碳酸二乙基酯、乙二醇二甲醚、碳酸甲乙基酯和四氫呋喃中的一種或幾種，更優(yōu)選包括乙醚、碳酸乙烯酯、碳酸二甲基酯、乙二醇二甲醚和四氫呋喃中的一種或幾種，最優(yōu)選包括乙醚、碳酸乙烯酯和四氫呋喃中的一種或幾種。本發(fā)明對(duì)所述有機(jī)溶劑的來(lái)源沒(méi)有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的上述種類的有機(jī)溶劑即可，可由市場(chǎng)購(gòu)買獲得。
[0053]在本發(fā)明中，所述電解液的摩爾濃度優(yōu)選為0.lmol/L?10mol/L，更優(yōu)選為
0.3mol/L ?8mol/L,最優(yōu)選為 0.4mol/L ?6mol/L,最最優(yōu)選為 0.5mol/L ?4mol/L。
[0054]在本發(fā)明中，上述技術(shù)方案所述離子電池的制備方法優(yōu)選為:
[0055]將正極、負(fù)極、隔膜和電解液進(jìn)行組裝，得到離子電池。
[0056]本發(fā)明對(duì)所述組裝的方法沒(méi)有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的離子電池的組裝技術(shù)方案即可。在本發(fā)明中，所述正極、負(fù)極、隔膜和電解液的種類和來(lái)源與上述技術(shù)方案所述正極、負(fù)極、隔膜和電解液的種類和來(lái)源一致，在此不再贅述。
[0057]將本發(fā)明提供的離子電池在60mA/g的恒電流下進(jìn)行充放電性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為本發(fā)明提供的離子電池的庫(kù)倫效率較高，工作電壓為1.6V?1.7V。
[0058]本發(fā)明提供了一種離子電池，包括正極、負(fù)極、隔膜和電解液，所述正極的活性材料為立方結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)化合物中的一種或幾種；所述負(fù)極的活性材料為鋅；所述電解液的溶質(zhì)包括鋅鹽和堿金屬鹽。本發(fā)明提供的離子電池負(fù)極的活性材料為鋅，使離子電池的電壓比和容量較高；本發(fā)明提供的離子電池以立方結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)化合物作為正極的活性材料，有利于電解液中堿金屬離子的嵌入和脫出；使本發(fā)明提供的離子電池具有較高的工作電壓。
[0059]為了進(jìn)一步了解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的離子電池進(jìn)行詳細(xì)描述，但不能將它們理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。
[0060]本發(fā)明以下實(shí)施例所用到的原料均為市售商品。
[0061]實(shí)施例1
[0062]稱取1.54g的硫酸鎳和1.52g的亞鐵氰化鈉；將所述硫酸鎳配制成摩爾濃度為
0.lmol/L的硫酸鎳水溶液，將所述亞鐵氰化鈉配制成摩爾濃度為0.05mol/L的亞鐵氰化鈉水溶液；將所述硫酸鎳水溶液添加至亞鐵氰化鈉水溶液中，陳化處理10h，將得到的產(chǎn)物洗滌、干燥，得到類普魯士藍(lán)化合物。
[0063]將7g上述制備得到的類普魯士藍(lán)化合物、2g的乙炔黑與Ig的聚四氟乙烯攪拌均勻后涂覆于不銹鋼箔上，將所述不銹鋼箔剪裁成邊長(zhǎng)為4cm的正方形，將所述不銹鋼箔在真空中烘干，得到正極片。
[0064]將7g的鋅粉、2g的乙炔黑與Ig的聚四氟乙烯攪拌均勻后涂覆在不銹鋼箔上，將所述不銹鋼箔剪裁成邊長(zhǎng)為4cm的正方形，將所述不銹鋼箔在真空中烘干，得到負(fù)極片。
[0065]按照Z(yǔ)n2+與Na+摩爾比I:5稱取1.61g的ZnSO4與0.14g的Na2SO4溶于水中，得到摩爾濃度為6mol/L的電解液。
[0066]將聚烯烴多孔膜、上述制備得到的正極片、負(fù)極片和電解液進(jìn)行組裝，得到離子電池。
[0067]通過(guò)電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀對(duì)上述制備得到的類普魯士藍(lán)化合物進(jìn)行成分分析，分析結(jié)果為本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的類普魯士藍(lán)化合物的化學(xué)式為Na1.^i1.45Fe (CN)6 ;通過(guò)X射線衍射儀對(duì)本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的類普魯士藍(lán)化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖1所示，圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的類普魯士藍(lán)化合物的XRD圖，由圖1可知本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的類普魯士藍(lán)化合物具有面心立方結(jié)構(gòu)。
[0068]將本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的離子電池在60mA/g的恒電流下進(jìn)行充放電性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖2所示，圖2為本發(fā)明實(shí)施例1得到的離子電池的充放電性能曲線，圖2中a為全電池充放電性能曲線，b為正極充放電性能曲線，c為負(fù)極充放電性能曲線。由圖2可知，本發(fā)明實(shí)施例1得到的離子電池具有較高的庫(kù)倫效率，其工作電壓為1.6V。
[0069]實(shí)施例2
[0070]稱取1.60g的硫酸銅和1.65g的鐵氰化鉀；將所述硫酸銅配制成摩爾濃度為
0.lmol/L的硫酸銅水溶液，將所述鐵氰化鉀配制成摩爾濃度為0.05mol/L的鐵氰化鉀水溶液；將所述硫酸銅水溶液添加至鐵氰化鉀水溶液中，陳化處理10h，將得到的產(chǎn)物洗滌、干燥，得到類普魯士藍(lán)化合物。
[0071]將7g上述 制備得到的類普魯士藍(lán)化合物、2g的乙炔黑與Ig的聚四氟乙烯攪拌均勻后涂覆于不銹鋼箔上，將所述不銹鋼箔剪裁成邊長(zhǎng)為4cm的正方形，將所述不銹鋼箔在真空中烘干，得到正極片。
[0072]將7g的鋅粉、2g的乙炔黑與Ig的聚四氟乙烯攪拌均勻后涂覆在不銹鋼箔上，將所述不銹鋼箔剪裁成邊長(zhǎng)為4cm的正方形，將所述不銹鋼箔在真空中烘干，得到負(fù)極片。
[0073]按照Z(yǔ)n2+與K.摩爾比2:1稱取1.61g的ZnSO4與0.44g的K2SO4溶于水中，得到摩爾濃度為0.5mol/L的電解液。
[0074]將聚烯烴多孔膜、上述制備得到的正極片、負(fù)極片和電解液進(jìn)行組裝，得到離子電池。
[0075]通過(guò)電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀對(duì)上述制備得到的類普魯士藍(lán)化合物進(jìn)行成分分析，分析結(jié)果為本發(fā)明實(shí)施例2制備得到的類普魯士藍(lán)化合物的化學(xué)式為Ka Auh45Fe(CN)6，通過(guò)X射線衍射儀對(duì)本發(fā)明實(shí)施例2制備得到的類普魯士藍(lán)化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為本發(fā)明實(shí)施例2制備得到的類普魯士藍(lán)化合物具有面心立方結(jié)構(gòu)。
[0076]將本發(fā)明實(shí)施例2制備得到的離子電池在60mA/g的恒電流下進(jìn)行充放電性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖3所示，圖3為本發(fā)明實(shí)施例2得到的離子電池的充放電性能曲線，圖3中a為全電池充放電性能曲線，b為正極充放電性能曲線，c為負(fù)極充放電性能曲線。由圖3可知，本發(fā)明實(shí)施例2得到的離子電池具有較高的庫(kù)倫效率，其工作電壓為1.7V。
[0077]實(shí)施例3
[0078]稱取0.Sg的硫酸鋅和1.4g的鐵氰化鈉；將所述硫酸鋅配制成摩爾濃度為
0.005mol/L的硫酸鋅水溶液，將所述鐵氰化鈉配制成摩爾濃度為0.005mol/L的鐵氰化鈉水溶液；將所述硫酸鋅水溶液添加至鐵氰化鈉水溶液中，陳化處理2h，將得到的產(chǎn)物洗滌、干燥，得到類普魯士藍(lán)化合物。
[0079]將7g上述制備得到的類普魯士藍(lán)化合物、2g的乙炔黑與Ig的聚四氟乙烯攪拌均勻后涂覆于不銹鋼箔上，將所述不銹鋼箔剪裁成邊長(zhǎng)為4cm的正方形，將所述不銹鋼箔在真空中烘干，得到正極片。
[0080]將7g的鋅粉、2g的乙炔黑與Ig的聚四氟乙烯攪拌均勻后涂覆在不銹鋼箔上，將所述不銹鋼箔剪裁成邊長(zhǎng)為4cm的正方形，將所述不銹鋼箔在真空中烘干，得到負(fù)極片。
[0081]按照Z(yǔ)n2+與K+摩爾比1:10稱取1.61g的ZnSO4與8.71g的K2SO4溶于乙醚中，得到摩爾濃度為0.lmol/L的電解液。
[0082]將聚烯烴多孔膜、上述制備得到的正極片、負(fù)極片和電解液進(jìn)行組裝，得到離子電池。
[0083]通過(guò)電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀對(duì)上述制備得到的類普魯士藍(lán)化合物進(jìn)行成分分析，分析結(jié)果為本發(fā)明實(shí)施例3制備得到的類普魯士藍(lán)化合物的化學(xué)式為Na0.^nh45Fe (CN) 6，通過(guò)X射線衍射儀對(duì)本發(fā)明實(shí)施例3制備得到的類普魯士藍(lán)化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為本發(fā)明實(shí)施例3制備得到的類普魯士藍(lán)化合物具有面心立方結(jié)構(gòu)。
[0084]將本發(fā)明實(shí)施例3制備得到的離子電池在60mA/g的恒電流下進(jìn)行充放電性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為本發(fā)明實(shí)施例3得到的離子電池具有較高的庫(kù)倫效率，其工作電壓為1.7V。
[0085]實(shí)施例4 [0086]稱取1.54g的硫酸鈷和1.84g的亞鐵氰化鉀；將所述硫酸鈷配制成摩爾濃度為10mol/L的硫酸鈷水溶液，將所述亞鐵氰化鉀配制成摩爾濃度為5mol/L的亞鐵氰化鉀水溶液；將所述硫酸鈷水溶液添加至亞鐵氰化鉀水溶液中，陳化處理24h，將得到的產(chǎn)物洗滌、干燥，得到類普魯士藍(lán)化合物。
[0087]將7g上述制備得到的類普魯士藍(lán)化合物、2g的乙炔黑與Ig的聚四氟乙烯攪拌均勻后涂覆于不銹鋼箔上，將所述不銹鋼箔剪裁成邊長(zhǎng)為4cm的正方形，將所述不銹鋼箔在真空中烘干，得到正極片。
[0088]將7g的鋅粉、2g的乙炔黑與Ig的聚四氟乙烯攪拌均勻后涂覆在不銹鋼箔上，將所述不銹鋼箔剪裁成邊長(zhǎng)為4cm的正方形，將所述不銹鋼箔在真空中烘干，得到負(fù)極片。
[0089]按照Z(yǔ)n2+與K.摩爾比10:1稱取1.61g的ZnSO4與0.087g的K2SO4溶于碳酸乙烯酯中，得到摩爾濃度為lmol/L的電解液。
[0090]將聚烯烴多孔膜、上述制備得到的正極片、負(fù)極片和電解液進(jìn)行組裝，得到離子電池。
[0091]通過(guò)電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀對(duì)上述制備得到的類普魯士藍(lán)化合物進(jìn)行成分分析，分析結(jié)果為本發(fā)明實(shí)施例4制備得到的類普魯士藍(lán)化合物的化學(xué)式為K1.Ao1.45Fe (CN) 6，通過(guò)X射線衍射儀對(duì)本發(fā)明實(shí)施例4制備得到的類普魯士藍(lán)化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為本發(fā)明實(shí)施例4制備得到的類普魯士藍(lán)化合物具有面心立方結(jié)構(gòu)。
[0092]將本發(fā)明實(shí)施例4制備得到的離子電池在60mA/g的恒電流下進(jìn)行充放電性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為本發(fā)明實(shí)施例4得到的離子電池具有較高的庫(kù)倫效率，其工作電壓為1.7V。
[0093]實(shí)施例5
[0094]稱取3.03g的硫酸鉛和1.4g的鐵氰化鈉；將所述硫酸鉛配制成摩爾濃度為2mol/L的硫酸鉛水溶液，將鐵氰化鈉配制成摩爾濃度為0.08mol/L的鐵氰化鈉水溶液；將所述硫酸鉛水溶液添加至鐵氰化鈉水溶液中，陳化處理16h，將得到的產(chǎn)物洗滌、干燥，得到類普魯士藍(lán)化合物。
[0095]將7g上述制備得到的類普魯士藍(lán)化合物、2g的乙炔黑與Ig的聚四氟乙烯攪拌均勻后涂覆于不銹鋼箔上，將所述不銹鋼箔剪裁成邊長(zhǎng)為4cm的正方形，將所述不銹鋼箔在真空中烘干，得到正極片。
[0096]將7g的鋅粉、2g的乙炔黑與Ig的聚四氟乙烯攪拌均勻后涂覆在不銹鋼箔上，將所述不銹鋼箔剪裁成邊長(zhǎng)為4cm的正方形，將所述不銹鋼箔在真空中烘干，得到負(fù)極片。
[0097]將3.48g的K2SO4與1.61g的ZnSO4溶于四氫呋喃中，得到摩爾濃度為0.4mol/L的電解液。
[0098]將聚烯烴多孔膜、上述制備得到的正極片、負(fù)極片和電解液進(jìn)行組裝，得到離子電池。
[0099]通過(guò)電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀對(duì)上述制備得到的類普魯士藍(lán)化合物進(jìn)行成分分析，分析結(jié)果為本發(fā)明實(shí)施例5制備得到的類普魯士藍(lán)化合物的化學(xué)式為Na1.^b1.45Fe (CN) 6，通過(guò)X射線衍射儀對(duì)本發(fā)明實(shí)施例5制備得到的類普魯士藍(lán)化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為本發(fā)明實(shí)施例5制備得到的類普魯士藍(lán)化合物具有面心立方結(jié)構(gòu)。 [0100]將本發(fā)明實(shí)施例5制備得到的離子電池在60mA/g的恒電流下進(jìn)行充放電性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為本發(fā)明實(shí)施例5得到的離子電池具有較高的庫(kù)倫效率，其工作電壓為1.7V。
[0101]實(shí)施例6
[0102]稱取2.0Sg的硫酸鎘和1.4g的鐵氰化鈉；將所述硫酸鎘配制成摩爾濃度為2mol/L的硫酸鎘水溶液，將鐵氰化鈉配制成摩爾濃度為lmol/L的鐵氰化鈉水溶液；將所述硫酸鎘水溶液添加至鐵氰化鈉水溶液中，陳化處理16h，將得到的產(chǎn)物洗滌、干燥，得到類普魯士藍(lán)化合物。
[0103]將7g上述制備得到的類普魯士藍(lán)化合物、2g的乙炔黑與Ig的聚四氟乙烯攪拌均勻后涂覆于不銹鋼箔上，將所述不銹鋼箔剪裁成邊長(zhǎng)為4cm的正方形，將所述不銹鋼箔在真空中烘干，得到正極片。
[0104]將7g的鋅粉、2g的乙炔黑與Ig的聚四氟乙烯攪拌均勻后涂覆在不銹鋼箔上，將所述不銹鋼箔剪裁成邊長(zhǎng)為4cm的正方形，將所述不銹鋼箔在真空中烘干，得到負(fù)極片。
[0105]將11.0g的NaClO4與2.64g的Zn (ClO4) 2溶于水中，得到摩爾濃度為IOmoI/L的電解液。
[0106]將聚烯烴多孔膜、上述制備得到的正極片、負(fù)極片和電解液進(jìn)行組裝，得到離子電池。
[0107]通過(guò)電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀對(duì)上述制備得到的類普魯士藍(lán)化合物進(jìn)行成分分析，分析結(jié)果為本發(fā)明實(shí)施例6制備得到的類普魯士藍(lán)化合物的化學(xué)式為Na0.Adh45Fe (CN) 6，通過(guò)X射線衍射儀對(duì)本發(fā)明實(shí)施例6制備得到的類普魯士藍(lán)化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為本發(fā)明實(shí)施例6制備得到的類普魯士藍(lán)化合物具有面心立方結(jié)構(gòu)。
[0108]將本發(fā)明實(shí)施例6制備得到的離子電池在60mA/g的恒電流下進(jìn)行充放電性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為本發(fā)明實(shí)施例6得到的離子電池具有較高的庫(kù)倫效率，其工作電壓為1.6V。
[0109]由以上實(shí)施例可知，本發(fā)明提供了一種離子電池，包括正極、負(fù)極、隔膜和電解液，所述正極的活性材料為立方結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)化合物中的一種或幾種；所述負(fù)極的活性材料為鋅；所述電解液的溶質(zhì)包括鋅鹽和堿金屬鹽。本發(fā)明提供的離子電池負(fù)極的活性材料為鋅，使離子電池的電壓比和容量較高；本發(fā)明提供的離子電池以立方結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)化合物作為正極的活性材料，有利于電解液中堿金屬離子的嵌入和脫出；使本發(fā)明提供的離子電池具有較高的工作電壓。
[0110]以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)＜夹g(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明，對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的。本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎性特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種離子電池，包括正極、負(fù)極、隔膜和電解液，其特征在于， 所述正極的活性材料為立方結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)化合物中的一種或幾種； 所述負(fù)極的活性材料為鋅； 所述電解液的溶質(zhì)包括鋅鹽和堿金屬鹽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子電池，其特征在于，所述立方結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)化合物中的過(guò)渡金屬離子包括Ni2+、Zn2+、Cu2+、Co2+、Cd2+或Pb2+。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子電池，其特征在于，所述電解液的溶質(zhì)中鋅鹽與堿金屬鹽的摩爾比為(I?10): (10?I)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子電池，其特征在于，所述堿金屬鹽包括鉀鹽或鈉鹽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子電池，其特征在于，所述電解液的摩爾濃度為0.1mol/L ?10mol/Lo
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子電池，其特征在于，所述立方結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)化合物的制備方法為: 將過(guò)渡金屬鹽和氰化鹽在水中反應(yīng)，得到立方結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)化合物；所述氰化鹽包括亞鐵氰化鹽或鐵氰化鹽。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的離子電池，其特征在于，所述過(guò)渡金屬鹽和氰化鹽的摩爾比為(I ?3):1。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的離子電池，其特征在于，所述立方結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)化合物的制備方法為: 將過(guò)渡金屬鹽水溶液和氰化鹽水溶液反應(yīng)，得到立方結(jié)構(gòu)類普魯士藍(lán)化合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的離子電池，其特征在于，所述過(guò)渡金屬鹽水溶液的摩爾濃度為0.005mol/L?10mol/L ;所述氰化鹽水溶液的摩爾濃度為0.005mol/L?5mol/L。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的離子電池，其特征在于，所述氰化鹽包括亞鐵氰化鉀、亞鐵氰化鈉、鐵氰化鉀或鐵氰化鈉。
【文檔編號(hào)】H01M4/38GK103972479SQ201410229786
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】陳亮, 周旭峰, 劉兆平, 張樂(lè)園 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所