電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電池領(lǐng)域，具體涉及一種基于內(nèi)部離子交換的電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 鉛酸電池，其出現(xiàn)已超百年，擁有著成熟的電池技術(shù)，占據(jù)著汽車啟動電瓶、電動 自行車、IPS等儲能領(lǐng)域的絕對市場份額。鉛酸電池雖然循環(huán)使用壽命較低，能量密度也相 對較低，但卻擁有價格非常低廉，性價比非常高的優(yōu)點。因此，近些年來，媒氨電池、裡離子 電池、鋼硫電池等，均無法在儲能領(lǐng)域取代鉛酸電池。
[0003] 新出現(xiàn)了一種基于內(nèi)部離子交換的電池。該電池的工作原理為，正極基于第一金 屬離子的脫出-嵌入反應(yīng)，負(fù)極基于第二金屬離子的沉積-溶解反應(yīng)，電解液含參與正極脫 出-嵌入反應(yīng)的第一金屬離子和參與負(fù)極沉積-溶解反應(yīng)的第二金屬離子。該類型電池的 理論能量密度為160Wh/Kg，預(yù)計實際能量密度可達(dá)50~80Wh/Kg。綜上所述，該類型電池 非常有希望成為替代鉛酸電池的下一代儲能電池，具有極大的商業(yè)價值。
[0004] 但是，目前該類電池自放電問題較為嚴(yán)重，會導(dǎo)致電池電化學(xué)性能迅速惡化，限制 了該類電池的實際應(yīng)用，因此，亟待尋找一種新的離子交換電池，能夠改善電池的浮充問題 和自放電問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種離子交換電池，能夠改善離子交換電池的浮充問題和自 放電問題，提高電池的電化學(xué)性能。
[0006] -種電池，包括正極、負(fù)極、及電解液，所述正極包括能夠可逆脫出-嵌入第一金 屬離子的正極活性物質(zhì)；所述電解液包括能夠溶解電解質(zhì)并使所述電解質(zhì)電離的溶劑；所 述電解液包括第一金屬離子和第二金屬離子，所述第二金屬離子在充電過程中能夠在所述 負(fù)極還原沉積為第二金屬，所述第二金屬在放電過程中能夠氧化溶解為第二金屬離子；其 中，所述正極還包括石墨導(dǎo)電劑SFG。
[0007] 優(yōu)選的，所述石墨導(dǎo)電劑SFG為SFG-6或SFG-15。
[0008] 優(yōu)選的，W所述正極的質(zhì)量百分比為基準(zhǔn)，所述石墨導(dǎo)電劑SFG的質(zhì)量百分含量 為5%~15%。
[0009] 優(yōu)選的，W所述正極的質(zhì)量百分比為基準(zhǔn)，所述石墨導(dǎo)電劑SFG的質(zhì)量百分含量 為 10% ~12%。
[0010] 優(yōu)選的，所述電解液的抑值為3~7。
[0011] 優(yōu)選的，所述溶劑為水或醇。
[0012] 優(yōu)選的，所述電解質(zhì)中的陰離子包括硫酸根離子、氯離子、醋酸根離子或烷基礙酸 根離子中一種或幾種。
[0013] 優(yōu)選的，所述第一金屬離子選自裡離子或鋼離子。
[0014] 優(yōu)選的，所述第二金屬離子為儘離子、鐵離子、銅離子、鋒離子、館離子、媒離子、錫 離子或鉛離子。
[001引優(yōu)選的，所述電解液包括裡離子、鋒離子和甲基礙酸根離子。
[0016] 優(yōu)選的，所述電解液中，所述裡離子的濃度為3mol/l，所述鋒離子的濃度為4mol/ 以所述甲基礙酸根離子的濃度為7mol/L。
[0017] 優(yōu)選的，所述正極活性物質(zhì)選自LiMn2〇4、LiFeP〇4或LiCo〇2中一種或幾種。
[0018] 優(yōu)選的，W所述正極的質(zhì)量百分比為基準(zhǔn)，所述正極活性物質(zhì)的質(zhì)量百分含量為 80%~90%。
[0019] 優(yōu)選的，所述正極還包括正極粘結(jié)劑。
[0020] 優(yōu)選的，所述正極粘結(jié)劑選自聚己帰氧化物、聚丙帰氧化物，聚丙帰臘、聚醜亞胺、 聚醋、聚離、氣化聚合物、聚二己帰基聚己二醇、聚己二醇二丙帰酸醋、聚己二醇二甲基丙帰 酸中的一種或幾種。
[0021] 優(yōu)選的，所述電池還包括位于正極和負(fù)極之間的隔膜。
[0022] 本發(fā)明通過在采用石墨導(dǎo)電劑SFG作為正極導(dǎo)電劑，改善了電池的浮充問題和自 放電問題，提高了電池浮充后的循環(huán)性能和自放電后的容量保持率，進(jìn)而提高了電池的電 化學(xué)性能和安全性能。
【附圖說明】
[0023] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0024] 圖1為實施例對應(yīng)電池和對比例對應(yīng)電池的循環(huán)性能圖。
【具體實施方式】
[0025] 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，W下結(jié)合 實施例，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施例僅僅用W解釋 本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0026] 本發(fā)明提供一種電池，包括正極、負(fù)極、及電解液，正極包括能夠可逆脫出-嵌入 第一金屬離子的正極活性物質(zhì)；電解液包括能夠溶解電解質(zhì)并使電解質(zhì)電離的溶劑；電解 液包括第一金屬離子和第二金屬離子，第二金屬離子在充電過程中能夠在負(fù)極還原沉積為 第二金屬，第二金屬在放電過程中能夠氧化溶解為第二金屬離子；其中，正極還包括石墨導(dǎo) 電劑SFG。
[0027] 本發(fā)明電池的充放電原理為；充電時，正極活性物質(zhì)脫出第一金屬離子，同時伴隨 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，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，同時第一金屬離子嵌入正極活性物質(zhì)中。
[0028] 電池的正極包括正極活性物質(zhì)，正極活性物質(zhì)參與正極反應(yīng)，并且能夠可逆脫 出-嵌入第一金屬離子。
[0029] 優(yōu)選的，第一金屬離子選自裡離子或鋼離子。
[0030] 正極活性物質(zhì)可W是符合通式LiiJfayM丸的能夠可逆脫出-嵌入裡離子的尖晶 石結(jié)構(gòu)的化合物，其中，-1《X《0. 5，1《y《2. 5,0《Z《0. 5,3《k《6, M選自化、 Li、Co、Mg、Ti、Cr、V、Zn、Zr、Si、Al中的至少一種。優(yōu)選的，正極活性物質(zhì)含有LiMri2〇4。更 優(yōu)選的，正極活性物質(zhì)含有經(jīng)過滲雜或包覆改性的LiMri2〇4。
[0031] 正極活性物質(zhì)可W是符合通式LiihMyM' ,M"。〇2+。的能夠可逆脫出-嵌入裡離子 的層狀結(jié)構(gòu)的化合物，其中，-Kx《0. 5,0《y《 l，0《z《 l，0《c《 1,-0. 2《n《0. 2， M，M'，M"分別選自 Ni、Mn、Co、Mg、Ti、Cr、V、Zn、Zr、Si 或 Al 的中至少一種。
[0032] 正極活性物質(zhì)還可W是符合通式LixMi yM' y狂〇4)。的能夠可逆脫出-嵌入裡離子 的橄攬石結(jié)構(gòu)的化合物，其中，〇<x《2,0《y《0.6，l《n《1.5，M選自Fe、Mn、V或Co， M'選自Mg、Ti、化、V或Al的中至少一種，X選自S、P或Si中的至少一種。
[0033] 優(yōu)選的，正極活性物質(zhì)選自LiMri2〇4、LiFeP〇4或LiCo〇2中一種或幾種。
[0034] 在目前電池工業(yè)中，幾乎所有正極活性物質(zhì)都會經(jīng)過滲雜、包覆等改性處理。但滲 雜，包覆改性等手段造成材料的化學(xué)通式表達(dá)復(fù)雜，如LiMn2〇4已經(jīng)不能夠代表目前廣泛使 用的"儘酸裡"的通式，而應(yīng)該W通式LiihMn^Ok為準(zhǔn)，廣泛地包括經(jīng)過各種改性的LiMn2〇4 正極活性物質(zhì)。同樣的，LiFeP〇4 W及LiCo〇2也應(yīng)該廣泛地理解為包括經(jīng)過各種滲雜、包覆 等改性的，通式分別符合LixMi yM' y狂〇4)。和LiihMyM' zM"。〇2+。的正極活性物質(zhì)。
[003引正極活性物質(zhì)為能可逆脫出-嵌入裡離子的物質(zhì)時，優(yōu)選可W選用如LiMn204、 LiFeP04、LiCo02、LiMxP04、LiMxSiOy (其中M為一種變價金屬）等化合物。此外，本發(fā)明的正 極活性物質(zhì)為能可逆脫出-嵌入鋼離子的物質(zhì)時，優(yōu)選可W選用NaVP04F等。
[0036] 具體的，正極還包括負(fù)載正極活性物質(zhì)的正極集流體，正極集流體僅作為電子傳 導(dǎo)和收集的載體，不參與電化學(xué)反應(yīng)，即在電池工作電壓范圍內(nèi)，正極集流體能夠穩(wěn)定的存 在于電解液中而基本不發(fā)生副反應(yīng)，從而保證電池具有穩(wěn)定的循環(huán)性能。
[0037] 正極集流體