電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域，尤其涉及一種電池。
【背景技術(shù)】
[0002]人類對新能源的廣泛運(yùn)用，導(dǎo)致了二次電池市場的急速擴(kuò)大。當(dāng)前新能源體系中對二次電池的要求無處不在。無論是電動(dòng)汽車、風(fēng)能、太陽能并網(wǎng)還是電網(wǎng)調(diào)峰，都急需一種廉價(jià)、可靠、安全和壽命長的二次電池。目前所發(fā)展的二次電池主要集中在鋰離子電池、高溫鈉硫電池、鈉鎳氯電池和釩液流電池。這些電池都具有各自的優(yōu)點(diǎn)，比如鋰離子電池和高溫鈉硫電池壽命長以及能量密度高，釩液流電池更是理論上具備無限的壽命等。但無論哪種電池，都無法同時(shí)滿足廉價(jià)、可靠、安全和壽命長的要求。傳統(tǒng)的鋰離子電池過于昂貴，且有安全隱患；高溫鈉硫電池制造技術(shù)門檻高，售價(jià)昂貴；釩液流電池多項(xiàng)技術(shù)瓶頸目iu都未能獲得突破等。
[0003]為此很多研究者都致力于水系鋰離子電池的研究，希望以此大幅降低鋰離子電池的成本并提高安全性，并提出了一些以LiMn204為正極，釩的氧化物例如LiV308等為負(fù)極、水為電解液的電池，但因此類電池在水中充放電的穩(wěn)定性差，從而限制了此類電池的發(fā)展。從而亟需一種在水溶液中穩(wěn)定的電池。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在解決上述技術(shù)問題之一，從而提供了一種穩(wěn)定性好的電池。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種電池，其包括正極、負(fù)極、及電解液，所述正極包括能夠可逆脫出-嵌入鋰離子的正極活性物質(zhì)；所述電解液包括溶解電解質(zhì)并使所述電解質(zhì)電離的溶劑；所述溶劑為水；所述電解質(zhì)包括鋰離子和第二金屬離子；所述第二金屬離子在充電過程中在所述負(fù)極還原沉積為第二金屬，所述第二金屬在放電過程中氧化溶解為第二金屬離子；
[0007]所述正極活性材料包括通式為LipaM112的嵌鋰材料；其中，O彡a〈1，M為過渡金屬兀素、IIIA族金屬兀素、IV族金屬兀素或V族金屬兀素中的一種或一種以上。
[0008]優(yōu)選地，所述嵌鋰材料的比容量大于200mAh/g。
[0009]優(yōu)選地，所述嵌鋰材料為LiNijCOkMiVj^A，其中0〈j〈l，0 ( k〈l。
[0010]優(yōu)選地，所述a的取值范圍為0〈 a〈I。
[0011]優(yōu)選地，所述嵌鋰材料的通式為YLi2M’03.(l_Y)LiM”02的層狀-層狀材料；其中，Li2Mj O3 選自 Li2MnO3' Li2T13' Li2ZrO3' Li2SnO3' Li2RuO3 或 Li2IrO3 中的一種，LiM” O2選自 LiCoO2' LiN12, LiMnO2' LiVO2' LiFeO2, LiMoO2, LiCrO2、或 LiNimConMn1^nO2 中的一種；0<y<l,0<r<l,0<m<l,0 彡 n〈l。
[0012]更加優(yōu)選地，所述Li2Mj O3 為 Li2MnO3, LiM” O2 為 LiNimConMn1^nO2,其中0.1 彡 Y 彡 0.9，0.I 彡 m 彡 0.9，0〈n 彡 0.5。
[0013]優(yōu)選地，所述正極活性材料還包括包覆層，所述包覆層包覆在所述嵌鋰材料的表面，所述包覆層選自碳、Al、Zr02、Nb2O5' Ta2O5' Zn。、Ce02、Si02、Ti02、Mn02、A1203、AlF3aiP04,Al (OH) 3、Co3 (PO4) 2、或 LiNbO3 中的一種或幾種。
[0014]更加優(yōu)選地,所述包覆層包括內(nèi)包覆層和外包覆層；所述內(nèi)包覆層為AlPO4或Co3 (PO4) 2，所述外包覆層為ai2o3。
[0015]優(yōu)選地，所述包覆層在正極活性材料中的質(zhì)量占比范圍為0.l-10wt%o
[0016]優(yōu)選地，所述鋰離子在電解液中的濃度為l-10mol/L，所述第二金屬離子在電解液中的濃度為l-10mol/L。
[0017]優(yōu)選地，所述第二金屬為錳、鐵、銅、鋅、鉻、鎳、錫或鉛。
[0018]優(yōu)選地，所述負(fù)極包括第二金屬以及用于負(fù)載第二金屬的負(fù)極集流體。
[0019]優(yōu)選地，所述電解液的pH為3-7。
[0020]本發(fā)明所提供的電池，其負(fù)極在水溶液中穩(wěn)定性好。本發(fā)明的電池采用水溶液，相對有機(jī)系電解液，還具有不易揮發(fā)、不易燃、離子傳導(dǎo)率高、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0022]一種電池，其包括正極、負(fù)極、及電解液，所述正極包括能夠可逆脫出-嵌入鋰離子的正極活性物質(zhì)；所述電解液包括溶解電解質(zhì)并使所述電解質(zhì)電離的溶劑；所述溶劑為水；所述電解質(zhì)包括鋰離子和第二金屬離子；所述第二金屬離子在充電過程中在所述負(fù)極還原沉積為第二金屬，所述第二金屬在放電過程中氧化溶解為第二金屬離子；
[0023]所述正極活性材料包括通式為LiLaMpaO2的嵌鋰材料；其中，O彡a〈1，M為過渡金屬兀素、IIIA族金屬兀素、IV族金屬兀素或V族金屬兀素中的一種或一種以上。
[0024]本發(fā)明的電池反應(yīng)原理為:(正極活性材料以LiZ表示，第二金屬以A表示)
[0025]正極:LiZ_e-— L1.+Z
[0026]負(fù)極:Az++Ze- — A
[0027]充電時(shí)，正極活性物質(zhì)脫出鋰離子，同時(shí)伴隨正極活性物質(zhì)被氧化，并放出電子；電子經(jīng)由外電路到達(dá)電池負(fù)極，同時(shí)電解液中的第二金屬離子在負(fù)極上得到電子被還原，并沉積在負(fù)極上。放電時(shí)，沉積在負(fù)極上的第二金屬被氧化，失去電子轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙饘匐x子進(jìn)入電解液中；電子經(jīng)外電路到達(dá)正極，正極活性物質(zhì)接受電子被還原，同時(shí)鋰離子嵌入正極活性物質(zhì)中。
[0028]本發(fā)明的正極活性材料包括嵌鋰材料，嵌鋰材料為具有Li+脫嵌功能材料，其在充放電過程中能可逆的實(shí)現(xiàn)Li+嵌入和脫嵌。
[0029]本發(fā)明的嵌鋰材料其通式為LipaMnO2;其中，OS a <1，M為過渡金屬元素、IIIA族金屬兀素、IV族金屬兀素或V族金屬兀素中的一種或一種以上。
[0030]當(dāng)M為一種以上的金屬元素時(shí)，即M選自M1、MI1、MIII……Mi (Mi表示為第i種金屬元素，i彡2)。此時(shí)，通式LipaMhaO2也可以表達(dá)為Li1+a (MI, Mil, MIII……Mi) O2,也就是說，在嵌鋰材料中所有的M的物質(zhì)的量與L1、O的物質(zhì)的量的比為(1-a ):(l+a ):
2。例如M選自Mn和Ni，則通式LipaM112可以表示為Li1+a (Mn, Ni) O2,在該富鋰固溶體材料中Mn加Ni總的物質(zhì)的量與L1、O的物質(zhì)的量的比為(1-α ):(1+α ):2。
[0031]優(yōu)選地,本發(fā)明的嵌鋰材料比容量大于200mAh/g。這樣可以進(jìn)一步提高電池的容量。
[0032]本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方式，當(dāng)a =0時(shí)，本發(fā)明的嵌鋰材料為LiMO2, M為多種金屬元素的混合。例如N1、Co、Al的混合、或者N1、Co、Mn的混合。
[0033]優(yōu)選地，本發(fā)明的嵌鋰材料為二元或三元材料，其通式為LiNijCokMnmO2，其中0<j<l, O ( k〈l。例如 LiNia5Mn0.502、LiNi0.4Co0 2Mn0 402>LiNi0 8Co0.^na12JiNi0.5Co0.2Mn0.302、LiNi0.6。。0.2^110.2。2。
[0034]LiNijCOkMiVj-A兼有N1、Co、Mn三種元素的優(yōu)點(diǎn)，其具有比容量高，循環(huán)性能好，且價(jià)格便宜，合成容易。
[0035]本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式，當(dāng)0〈α〈I時(shí)，本發(fā)明的嵌鋰材料為富鋰材料。富鋰材料擁有新的電化學(xué)充放電機(jī)制，且具有較高的比容量以及良好的循環(huán)性能。
[0036]優(yōu)選地，富鋰材料中的M選自 T1、V、Cr、Mn、Fe、Co、N1、Zr、Mo、Al、Sn、Ru、
或 Ir 中的一種或一種以上。例如 Lih27Coa2Mna53O2' Li1 2Cr0 2Mn0 402> LiL2Ni0 2Ti0 402>Li1.οδ^?ο.4^ο0.15Μ110.4Ο2、Li1.1Ni0.2〇ο0.