專利名稱:一種磁控金屬二次電池的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種磁控金屬二次電池，包括金屬二次電池本體和磁性體，所述金屬二次電池本體包括正極板、負(fù)極板和配置在所述正極板和所述負(fù)極板之間的電解液和隔膜，所述磁性體，設(shè)置在所述金屬二次電池本體的外部，用于對所述金屬二次電池本體施加磁場。在所述外加磁場的控制下，電池充放電時負(fù)極的枝晶現(xiàn)象得到抑制，沉積的致密性、均勻性好，表面膜的一致性得到改善，充放電速度得以加快，使得所述磁控金屬二次電池的安全性和循環(huán)性提高，循環(huán)次數(shù)高于普通金屬二次電池的數(shù)倍甚至數(shù)百倍。
【專利說明】一種磁控金屬二次電池

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及二次電池【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種磁控金屬二次電池。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著電池技術(shù)的飛速發(fā)展，二次電池應(yīng)用的越來越廣，現(xiàn)有的二次電池例如可以是鉛酸蓄電池、鋰離子電池、鎳鎘電池和釩流電池、鈉硫電池等，其中最主要的二次電池是鉛酸電池和鋰離子電池，前者是使用量最大，單位儲能成本最低的化學(xué)電池；而后者是高能量密度二次電池中性價比最高，使用量增長最快的電池。鋰離子電池負(fù)極材料一般由石墨組成，正極材料通常由嵌鋰化合物組成，例如為LiCo02等。負(fù)極主要采用特殊分子結(jié)構(gòu)的碳，充電時，加在電池兩極的電勢迫使正極的化合物釋出鋰離子，嵌入負(fù)極分子排列呈片層結(jié)構(gòu)的碳中；放電時，鋰離子則從片層結(jié)構(gòu)的碳中析出，重新嵌入正極，同時電子經(jīng)外電路自負(fù)極流入正極。
[0003]對于高性能應(yīng)用，如電動汽車和電子產(chǎn)品，鋰離子電池仍然存在能量密度偏低，成本較高的問題。若二次電池的負(fù)極材料采用金屬或金屬合金時，所述金屬例如是鋰、鈉、鎂、鋁等時，電池的能量密度高，負(fù)極及可選正極的材料成本低。例如鋰離子電池的理論能量密度時580wh/kg，而鋰硫電池的理論能量密度為2600wh/kg。
[0004]但是上述金屬二次電池在充電過程中，金屬離子在負(fù)極結(jié)晶過程中難以形成面晶而形成枝晶，其中，所述面晶是指結(jié)晶的形狀以面的形式存在，例如冰；所述枝晶是指晶體生長呈樹枝狀，例如雪花；所述枝晶容易刺破隔膜，造成正負(fù)極短路引發(fā)迅速放熱甚至發(fā)生爆炸。同時，枝晶及相關(guān)的不均勻、不一致沉積物與電解液的界面反應(yīng)造成電極不可逆地轉(zhuǎn)化成多孔產(chǎn)物和粉化現(xiàn)象，電解液有效成份耗竭，結(jié)果是電池循環(huán)性差，安全性差。這在鋰金屬二次電池上表現(xiàn)得最為明顯。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)尚不能有效改善金屬二次電池，特別是鋰金屬二次電池中的枝晶現(xiàn)象和沉積不均勻、不一致所帶來的電池安全性和循環(huán)性問題。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型通過提供一種磁控金屬二次電池，能夠有效抑制普通金屬二次電池在循環(huán)時形成枝晶和不均勻沉積現(xiàn)象，使得電池安全性和循環(huán)次數(shù)得以提高。
[0007]本申請實施例提供了一種磁控金屬二次電池，包括金屬二次電池本體和磁性體，其中:
[0008]所述金屬二次電池本體，包括正極板、負(fù)極板和配置在所述正極板和所述負(fù)極板之間的電解液和隔膜，其中，所述負(fù)極板由金屬或金屬合金制成；
[0009]所述磁性體，設(shè)置在所述金屬二次電池本體的外部，用于對所述電池本體施加磁場，所述磁控金屬二次電池的循環(huán)次數(shù)是所述金屬二次電池本體未施加有磁場時的循環(huán)次數(shù)的2?200倍。
[0010]可選的，所述磁控金屬包括鋰金屬及鋰合金、鈉金屬及鈉合金、鎂金屬及鎂合金、鋁金屬及鋁合金、鈣金屬及鈣合金、鋅金屬及鋅合金、鐵金屬及鐵合金和其他所有常規(guī)金屬二次電池的負(fù)極金屬及合金。
[0011]可選的，所述磁性體是由永磁體、軟磁和感應(yīng)線圈中的一種或多種材料組成。
[0012]可選的，所述磁性體是由永磁體組成。
[0013]可選的，所述磁性體是由永磁體和軟磁組成。
[0014]可選的，所述磁性體是由軟磁和感應(yīng)線圈組成。
[0015]可選的，所述磁性體是由超導(dǎo)磁體組成。
[0016]所述磁控金屬二次電池是由多個金屬二次電池本體疊置后再外加磁性體。
[0017]所述磁控金屬二次電池組成電池組后的邊界采用軟磁進(jìn)行聚磁和隔磁。
[0018]更為優(yōu)選的，所述磁控金屬二次電池在正負(fù)極板上合并超級電容器，如混合高比表面積的碳材料。
[0019]所述的磁控金屬二次電池，在采取外加磁場的同時，合并使用電解液改性、隔膜增強(qiáng)、脈沖充電等方法，改善電池的安全性和循環(huán)性。
[0020]本實用新型實施例中，本申請技術(shù)方案中的金屬二次電池電極中的負(fù)極板由金屬或金屬合金制成，由于電池的能量密度高，負(fù)極與可選正極的材料與制作成本低，通過外加磁場，系統(tǒng)化學(xué)勢改變，電結(jié)晶過程發(fā)生變化，電池的電解液和界面受到磁流體動力學(xué)效應(yīng)影響，這些方面產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，進(jìn)而能夠有效的抑制金屬負(fù)極枝晶現(xiàn)象的產(chǎn)生，使得沉積的致密性、均勻性，表面膜的一致性得到改善，充放電速度得以加快，最終使得所述磁控金屬二次電池的安全性和循環(huán)次數(shù)得以提高，成本得以降低。

【附圖說明】

[0021]圖1為本實用新型實施例中磁控金屬二次電池的第一種結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖2為本實用新型實施例中磁控金屬二次電池的第二種結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖3為本實用新型實施例中磁控金屬二次電池的第三種結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖4為本實用新型實施例中磁控金屬二次電池的第四種結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖5為本實用新型實施例中磁控金屬二次電池的第五種結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖6為本實用新型實施例中磁控金屬二次電池的第六種結(jié)構(gòu)圖；
[0027]圖7為本實用新型實施例中磁控金屬二次電池的第七種結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖8為本實用新型實施例中磁控金屬二次電池的第八種結(jié)構(gòu)圖。
[0029]圖中有關(guān)附圖標(biāo)記如下:
[0030]I——負(fù)極板，2——正極板，3——電解液和隔膜，4a——永磁體，4b——永磁體，5a--軟磁，5b--軟磁，6a--永磁體，6b--永磁體，7--感應(yīng)線圈，8--感應(yīng)線圈。

【具體實施方式】
[0031]本申請技術(shù)方案中的電極體中的負(fù)極板由金屬或金屬合金制成，通過設(shè)置磁性體在金屬二次電池本體的外部來施加磁場，進(jìn)而能夠有效的抑制金屬二次電池枝晶現(xiàn)象的產(chǎn)生，所述磁控金屬二次電池的循環(huán)次數(shù)高于普通金屬二次電池的數(shù)倍甚至數(shù)百倍。在電池容量相等的情況下，本申請技術(shù)方案中的磁控金屬二次電池，與現(xiàn)有二次電池相比，電池的體積更小，重量更輕。
[0032]其中，本申請實施例中第一永磁體用永磁體4a表示，第二永磁體用永磁體4b表不，第三永磁體用永磁體6a表不，第四永磁體用永磁體6b表不，第一軟磁用軟磁5a表不，第二軟磁用軟磁5b表示，第一線圈用線圈7表示，第二線圈用線圈b表示。
[0033]下面結(jié)合各個附圖對本實用新型實施例技術(shù)方案的主要實現(xiàn)原理、【具體實施方式】及其對應(yīng)能夠達(dá)到的有益效果進(jìn)行詳細(xì)地闡述。
[0034]本實用新型一實施例提出了一種磁控金屬二次電池，參見圖1，所述磁控金屬二次電池具體為磁控金屬二次電池，包括金屬電池本體，所述金屬電池本體包括負(fù)極板1、正極板2，以及設(shè)置在負(fù)極板I和正極板2之間的電解液和隔膜3，其中，隔膜是浸潤在電解液中，以及負(fù)極板I的材料為鋰單質(zhì)或鋰合金，正極板2的材料可以為硫或1^&)02等，優(yōu)選硫作為正極材料，這是因為硫能量密度高、成本低，盡管硫是絕緣體，但可以通過摻混導(dǎo)電劑混合到硫中制成正極板2，進(jìn)而提高正極板2的導(dǎo)電性能。
[0035]其中，所述隔膜可以是超細(xì)玻纖及其與PP、PE的復(fù)合膜，厚度例如可以0.1毫米、0.5毫米、I毫米或2毫米等，使得所述隔膜厚度是現(xiàn)有鋰離子電池隔膜的數(shù)倍，甚至數(shù)十倍，所述隔膜具有電子絕緣性，以保證正、負(fù)極板的機(jī)械隔離；同時具有一定的孔徑和孔隙率、保證低的電阻和高的離子導(dǎo)電率，對鋰離子有很好的透過性。優(yōu)選地，所述隔膜采用玻纖制成，這是因為玻纖對于電解液有更好的浸潤性、良好的機(jī)械性能和更低的成本。
[0036]由于金屬鋰的理論能量密度例如是3860Ah/kg，而現(xiàn)有鋰離子二次電池中的負(fù)極材料以石墨為例，能量密度約為370Ah/kg，使得本申請實施例中的負(fù)極材料的能量密度是現(xiàn)有鋰離子二次電池的負(fù)極材料的能量密度的10倍以上，且鋰單質(zhì)及合金單位質(zhì)量的制造成本大大低于現(xiàn)有的負(fù)極材料。在電池容量相等的情況下，使得本申請技術(shù)方案中的磁控金屬二次電池，與現(xiàn)有鋰離子二次電池相比，電池的體積更小，重量更輕，能量密度更大，成本更低。
[0037]另外，對于鋰金屬二次電池正極材料的選擇具有廣泛的空間。嵌鋰離子負(fù)極對應(yīng)的嵌鋰正極材料例如LiCoO2的能量密度155Ah/kg，以及LiFePO4的能量密度為160Ah/kg，由于鋰金屬二次電池也可選用硫作為正極材料，硫的能量密度為1675Ah/kg，且硫的成本極低，在電池容量相等的情況下，使得本申請技術(shù)方案中的磁控金屬二次電池，與現(xiàn)有鋰離子二次電池相比，電池的體積更小，重量更輕，能量密度更大，成本更低。
[0038]進(jìn)一步，參見圖1，所述磁控金屬二次電池包括磁性體，設(shè)置在所述金屬二次電池本體的外部，用于對所述金屬二次電池本體施加磁場，所述磁性體是由永磁體4a和永磁體4b組成，且永磁體4a設(shè)置在所述金屬二次電池本體的上部，永磁體4b設(shè)置在所述金屬二次電池本體的下部，圖1中帶箭頭的直線用于顯示永磁體4a和永磁體4b的磁場方向，箭頭表示由S極至N極。
[0039]當(dāng)然，所述磁性體產(chǎn)生的磁場方向和電池電場方向的配置還可以是平行的(B // E)，永磁體對4a和永磁體4b的磁性方向仍保持一致。具體參見圖2，永磁體4a設(shè)置在負(fù)極板I側(cè)，永磁體4b設(shè)置在正極板2側(cè)，永磁體4a和永磁體4b產(chǎn)生的磁場方向和電池電場方向的配置是平行的(B // E)，且永磁體對4a和4b的磁性方向仍保持一致。
[0040]進(jìn)一步的，所述磁性體可以是由永磁體、軟磁、感應(yīng)線圈和超導(dǎo)磁體中的一種或多種材料組成，本申請不作具體限制。
[0041 ] 下面具體以所述磁性體由軟磁和永磁體組成為例，參見圖3，在所述金屬二次電池本體的上部分別設(shè)置有永磁體4a、永磁體4b和設(shè)置在永磁體4a和永磁體4b之間的軟磁5a，以及在所述金屬二次電池本體的下部分別設(shè)置有永磁體6a、永磁體6b和設(shè)置在永磁體6a和永磁體6b之間的軟磁5b，使得由永磁體4a、永磁體4b和軟磁5a構(gòu)成一個組合，以及由永磁體6a、永磁體6b和軟磁5b構(gòu)成另一個組合，其中，由永磁體4a和永磁4b組成第一永磁體對，由永磁體6a和永磁體6b組成第二永磁體對，且所述第一、第二永磁體對中的兩個永磁體的磁極性方向相對，并經(jīng)軟磁后更多磁通進(jìn)入電池產(chǎn)生更高的磁場強(qiáng)度，(即所謂“磁體并聯(lián)”方式)，從而使磁控效果更佳。在本例中，電池內(nèi)磁場方向與電場方向垂直(B 丄 E)。
[0042]當(dāng)然，電池內(nèi)磁場方向與電場方向還可以是平行的(B//E)，參見圖4，在所述金屬二次電池本體的前端分別設(shè)置有永磁體4a、永磁體4b和設(shè)置在永磁體4a和永磁體4b之間的軟磁5a，以及在所述金屬二次電池本體的后端分別設(shè)置有永磁體6a、永磁體6b和設(shè)置在永磁體6a和永磁體6b之間的軟磁5b，且所述第一、第二永磁體對中的兩個永磁體的磁極性方向相對，并經(jīng)軟磁后更多磁通進(jìn)入電池產(chǎn)生更高的磁場強(qiáng)度，(即所謂“磁體并聯(lián)”方式)，從而使磁控效果更佳。本例中，電池內(nèi)磁場方向與電場方向是平行的。
[0043]下面具體以所述磁性體由感應(yīng)線圈和軟磁為例，參見圖5，在所述金屬二次電池本體的上部設(shè)置軟磁5a，且線圈7纏繞在軟磁5a外周，在所述金屬二次電池本體的下部設(shè)置軟磁5b，且線圈8纏繞在軟磁5b外周，構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的電磁體，用外加電源產(chǎn)生感應(yīng)磁場，可控制磁場的大小。本實施例中磁場方向與電場方向垂直(B丄E)，其中，線圈7和線圈8均為感應(yīng)線圈。
[0044]同理，參見圖6，在所述金屬二次電池本體的前端設(shè)置軟磁5a，且線圈7纏繞在軟磁5a外周；在所述金屬二次電池本體的后端設(shè)置軟磁5b，線圈8纏繞在軟磁5b外周，構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的電磁體置于正負(fù)極板兩側(cè)，使得磁場方向與電場方向平行(B // E)。
[0045]下面以極性相反的磁性體對分別并置在電池極板側(cè)為例，參見圖7，在所述金屬二次電池本體的前端分別設(shè)置永磁體4a和永磁體4b，以及在所述金屬二次電池本體的后端分別設(shè)置永磁體6a和永磁體6b，其中，永磁體4b設(shè)置在永磁體4a的下部，永磁體6b設(shè)置在永磁體6a的下部，使得由永磁體4a和永磁體4b組成的所述第一永磁體對和由永磁體6a和永磁體6b組成的所述第二永磁體對在正負(fù)極板附近產(chǎn)生控制磁場，其中，在正負(fù)極板附近產(chǎn)生控制磁場的磁場方向如電解液和隔膜3中的曲線所示。
[0046]下面以極性相反的磁性體并置在電池負(fù)極板一側(cè)為例，參見圖8，在所述金屬二次電池本體的前端分別設(shè)置永磁體4a和永磁體4b，且永磁體4a和永磁體4b的磁場方向相反，且由永磁體4a和永磁體4b組成的所述第一永磁體對在負(fù)極板I附近產(chǎn)生控制磁場，而對正極板2不加控制磁場以節(jié)省磁體使用。
[0047]同樣，所述的磁控金屬二次電池包括將圖1，圖2，圖3，圖4，圖7，圖8的磁場方向全部反向設(shè)置。
[0048]進(jìn)一步的，所述磁控金屬二次電池包括將圖1，圖2，圖3，圖4，圖7，圖8上述電池的永磁體全部替換成超導(dǎo)磁體。
[0049]由于枝晶會刺穿隔膜，造成短路、過熱，甚至起火爆炸，磁控電池在抑制枝晶的同時，提高電池的安全性。同時，由于現(xiàn)有的鋰二次電池反復(fù)循環(huán)充放電，鋰晶與電解液反應(yīng)必然形成Solid Electrolyte Interphase (簡稱:SEI)膜，鋰電極SEI膜的形成過程實質(zhì)上是金屬鋰原始表面膜與電解液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生不同沉淀產(chǎn)物的過程。由于枝晶生成，且?guī)礓囯姌O循環(huán)過程中不均勻沉積、反復(fù)溶解以及界面反應(yīng)，鋰電極不可逆地從致密金屬轉(zhuǎn)化為多孔產(chǎn)物，類似于鐵銹的疏松結(jié)構(gòu)，使得電極中金屬鋰和電解液中的活性組分不斷反應(yīng)至完全瓦解失效，實驗表明，如美國阿貢國家實驗室Carmen MLo pez團(tuán)隊對鋰負(fù)極表面界面形貌系統(tǒng)研宄證實，鋰負(fù)極的表面形貌從平坦致密光滑轉(zhuǎn)化為具有明顯多層的毯式結(jié)構(gòu):頂層為鋰枝晶形成的枝狀層，中間多孔層為金屬和電解液反應(yīng)造成的疏松結(jié)構(gòu)，底層為未反應(yīng)的致密金屬鋰層，使得鋰與電解液擴(kuò)大的界面反應(yīng)導(dǎo)致多孔層不斷擴(kuò)展，最終整個鋰電極轉(zhuǎn)化為疏松多孔的反應(yīng)產(chǎn)物，部分不溶沉淀物“粉化”后跌入電解液，形成所謂死鋰，另一方面，電解液有效成份耗竭，結(jié)果是鋰電池完全失效，使得二次電池的循環(huán)次數(shù)降低。
[0050]而根據(jù)現(xiàn)有的實驗數(shù)據(jù)表明，例如通過B丄E(B = IT)的磁場下鋰的電沉積發(fā)現(xiàn)，施加磁場后，由于MHD效應(yīng)增強(qiáng)了液相傳質(zhì)，致使沉積層表面更平整，針孔缺陷大幅度減小，從而使得本申請磁控鋰二次電池在充放電過程中，不均勻?qū)蛹壋霈F(xiàn)的概率降低，所述磁控鋰二次電池的循環(huán)次數(shù)增加。
[0051]而且，采用Monte-Carlo模擬，給出了描述穩(wěn)恒磁場作用下各種金屬與合金電沉積枝晶生長的模型，該模型綜合考慮了外加磁場、電解液濃度和離子在陰極發(fā)生還原反應(yīng)的幾率等因素的影響，模擬得到與實驗結(jié)果一致的枝晶生長圖，該模擬表明:團(tuán)簇的形狀和它們的分形維數(shù)都與外加磁場B的強(qiáng)弱，即體現(xiàn)在模型中離子的旋轉(zhuǎn)角速度的大小有關(guān)；隨著磁場強(qiáng)度的增加，沉積團(tuán)簇會從分形(對應(yīng)“枝晶”)到非分形(對應(yīng)“面晶”)轉(zhuǎn)變；在相對強(qiáng)的外加磁場作用下，較高離子濃度時的沉積物是非分形的；離子在陰極的反應(yīng)概率越小，隨磁場強(qiáng)度的增加枝晶生長越易趨向非分形，降低了枝晶產(chǎn)生的概率，使得面晶產(chǎn)生的概率提尚。
[0052]初步實驗表明，鋰金屬二次電池在較強(qiáng)磁場作用下，枝晶得到抑制，循環(huán)性能得到改善。當(dāng)磁場強(qiáng)度(B)為0.3T(特斯拉)時，循環(huán)次數(shù)是不加磁場的1.5倍；0.8Τ時，循環(huán)次數(shù)是不加磁場的10倍；大于等于1.2Τ時，循環(huán)次數(shù)是不加磁場的200倍以上，所述鋰金屬二次電池失效前沒有發(fā)現(xiàn)枝晶刺穿隔膜現(xiàn)象。
[0053]另外，所述磁控金屬二次電池負(fù)極鈉金屬與鈉合金，采用與上述實施例中相同的實驗方式對鈉金屬進(jìn)行實驗，實驗表明，在磁場作用下，磁控金屬鈉二次電池循環(huán)性能得到改善，當(dāng)磁場強(qiáng)度為大于1.2Τ時，循環(huán)次數(shù)是不加磁場的5倍以上，對進(jìn)行了相同循環(huán)情況下的鈉負(fù)極材料觀察施加與不施加磁場相比，枝晶與沉積的均勻性、致密性、一致性均有較大改善。
[0054]另外，所述磁控金屬二次電池負(fù)極鎂金屬與鎂合金，采用與上述實施例中相同的實驗方式對鎂金屬進(jìn)行實驗，實驗表明，在磁場作用下，磁控金屬鎂二次電池循環(huán)性能得到改善，當(dāng)磁場強(qiáng)度為大于1.3Τ時，循環(huán)次數(shù)是不加磁場的2.5倍以上，對進(jìn)行了相同循環(huán)情況下的鎂負(fù)極材料觀察施加與不施加磁場相比，枝晶與沉積的均勻性、致密性、一致性均有較大改善。
[0055]另外，所述磁控金屬二次電池負(fù)極鋁金屬與鋁合金，采用與上述實施例中相同的實驗方式對鋁金屬進(jìn)行實驗，實驗表明，在磁場作用下，磁控金屬鋁二次電池循環(huán)性能得到改善，當(dāng)磁場強(qiáng)度為大于1.6Τ時，循環(huán)次數(shù)是不加磁場的2倍以上，對進(jìn)行了相同循環(huán)情況下的鋁負(fù)極材料觀察施加與不施加磁場相比，枝晶與沉積的均勻性、致密性、一致性均有較大改善。
[0056]另外，所述磁控金屬二次電池負(fù)極鈣金屬與鈣合金，采用與上述實施例中相同的實驗方式對鈣金屬進(jìn)行實驗，實驗表明，在磁場作用下，磁控金屬鈣二次電池循環(huán)性能得到改善，當(dāng)磁場強(qiáng)度為大于1.2T時，循環(huán)次數(shù)是不加磁場的2倍，對進(jìn)行了相同循環(huán)情況下的鈣負(fù)極材料觀察施加與不施加磁場相比，枝晶與沉積的均勻性、致密性、一致性均有較大改口 ο
[0057]另外，所述磁控金屬二次電池負(fù)極鋅金屬與鋅合金，采用與上述實施例中相同的實驗方式對鋅金屬進(jìn)行實驗，實驗表明，在磁場作用下，磁控金屬鋅二次電池循環(huán)性能得到改善，當(dāng)磁場強(qiáng)度為大于1.0T時，循環(huán)次數(shù)是不加磁場的10倍以上，對進(jìn)行了相同循環(huán)情況下的鋅負(fù)極材料觀察施加與不施加磁場相比，枝晶與沉積的均勻性、致密性、一致性均有較大改善。
[0058]另外，所述磁控金屬二次電池負(fù)極鐵金屬與鐵合金，采用與上述實施例中相同的實驗方式對鐵金屬進(jìn)行實驗，實驗表明，在磁場作用下，磁控金屬鐵二次電池循環(huán)性能得到改善，當(dāng)磁場強(qiáng)度為大于1.2T時，循環(huán)次數(shù)是不加磁場的3倍以上，對進(jìn)行了相同循環(huán)情況下的鐵負(fù)極材料觀察施加與不施加磁場相比，枝晶與沉積的均勻性、致密性、一致性均有較大改善。
[0059]另外，所述磁控金屬二次電池的負(fù)極金屬還包括其它常規(guī)金屬二次電池的負(fù)極金屬。
[0060]有益效果:
[0061]本實用新型方案中，磁控金屬二次電池由常規(guī)金屬二次電池和外加磁性體構(gòu)成。在外加磁場的作用下，常規(guī)金屬二次電池充放電時負(fù)極的枝晶現(xiàn)象得到良好的抑制，由于枝晶會刺破隔膜，產(chǎn)生短路，進(jìn)而造成嚴(yán)重的放熱乃至起火爆炸，同時枝晶和SEI膜現(xiàn)象交互作用造成電池循環(huán)后負(fù)極沉積物的不均勻，不致密，不一致，產(chǎn)生負(fù)極疏松化，粉化，并帶來電解液有效成份耗竭致使電池失效；因而經(jīng)過本實用新型方案，所述電池的安全性和循環(huán)性大大改善。
[0062]另外，作為電池負(fù)極材料的金屬與金屬合金比現(xiàn)有其他負(fù)極材料，如鋰負(fù)極與鋰離子電池的負(fù)極材料石墨，能量密度更高(最高可達(dá)10倍以上)，成本更低(最低至十分之一)，因此，所述磁控金屬二次電池與現(xiàn)有二次電池相比，能量密度更高，成本更低，體積更小，重量更輕。
[0063]另外，采用鋰金屬及鋰合金作為負(fù)極材料，鋰二次電池的正極材料具有廣泛的適用空間，如可選用能量密度高于現(xiàn)有正極材料(如LiCoO2，三元或磷酸鐵鋰)10倍以上的硫，改性后的硫電極除能量密度優(yōu)勢外，資源極其豐富，價格極其低廉，具有數(shù)十倍的成本優(yōu)勢。因此，磁控鋰金屬二次電池與現(xiàn)有二次電池相比，能量密度更高，成本更低，體積更小，重量更輕。
[0064]盡管增設(shè)磁性體，造成體積、質(zhì)量和成本的增加，但由于釹鐵硼等磁性體(材料)的高性價比，改善所帶來的好處會充分抵消相應(yīng)的增加。
[0065]本實用新型的磁控方法因其原理和機(jī)理上的一致性，可以廣泛應(yīng)用于各種金屬二次電池，包括但不限于鋰、鈉、鎂、鋁、鈣、鋅、鐵等其他所有常規(guī)金屬二次電池。
[0066]另外，經(jīng)過對正負(fù)極材料和電解液的適當(dāng)匹配，外加磁場并達(dá)到一定強(qiáng)度后，電池的充放電速率有明顯提高，從而，所述磁控金屬二次電池與現(xiàn)有二次電池相比，功率密度更高，充電速度更快。
[0067]另外，本實用新型的電池可采用更大的尺度(指正負(fù)極板，隔膜的厚度等)，宜采用更剛性的結(jié)構(gòu)，由此所述磁控金屬二次電池與現(xiàn)有二次電池相比，電池組的安全性，環(huán)境適應(yīng)性，強(qiáng)健性均會有提尚。
[0068]綜上所述，本實用新型技術(shù)方案的磁控金屬二次電池，在二次電池各主要特性上，即安全性、循環(huán)性、能量密度、功率密度、成本、資源豐裕性等方面均有明顯的改善，可廣泛適用于各儲能場合，包括動力電池(車、船、飛行器等)領(lǐng)域，給能源利用結(jié)構(gòu)帶來革命性的變化。
[0069]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
[0070]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將使顯而易見的，本文所定義的一般原理可以在不脫離實用新型的精神或范圍的情況下，在其他實施例中實現(xiàn)。因此，本實用新型將不會被限制與本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎性特點相一致的最寬的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種磁控金屬二次電池，其特征在于，包括金屬二次電池本體和磁性體，其中: 所述金屬二次電池本體，包括正極板、負(fù)極板和配置在所述正極板和所述負(fù)極板之間的電解液和隔膜； 所述磁性體，設(shè)置在所述金屬二次電池本體的外部，用于對所述金屬二次電池本體施加磁場。2.如權(quán)利要求1所述的磁控金屬二次電池，其特征在于，所述磁性體包括第一永磁體和第二永磁體時，所述第一永磁體設(shè)置在所述金屬二次電池本體的上部，所述第二永磁體設(shè)置在所述金屬二次電池本體的下部。3.如權(quán)利要求2所述的磁控金屬二次電池，其特征在于，所述第一永磁體設(shè)置在所述負(fù)極板側(cè)，所述第二永磁體設(shè)置在所述正極板側(cè)。4.如權(quán)利要求3所述的磁控金屬二次電池，其特征在于，所述磁性體包括第一永磁體、第二永磁體、第三永磁體、第四永磁體、第一軟磁和第二軟磁時，所述第一永磁體、所述第一軟磁和所述第二永磁體均設(shè)置在所述金屬二次電池本體的上部，所述第三永磁體、所述第四永磁體和所述第二軟磁均設(shè)置在所述金屬二次電池本體的下部。5.如權(quán)利要求3所述的磁控金屬二次電池，其特征在于，所述磁性體包括第一永磁體、第二永磁體、第三永磁體、第四永磁體、第一軟磁和第二軟磁時，所述第一永磁體、所述第一軟磁和所述第二永磁體均設(shè)置在所述金屬二次電池本體的前端，所述第三永磁體、所述第四永磁體和所述第二軟磁均設(shè)置在所述金屬二次電池本體的后端。6.如權(quán)利要求1所述的磁控金屬二次電池，其特征在于，所述磁性體包括第一軟磁、第二軟磁、第一線圈和第二線圈時，所述第一軟磁設(shè)置在所述金屬二次電池本體的上部，所述第二軟磁設(shè)置在所述金屬二次電池本體的下部，且所述第一線圈纏繞在所述第一軟磁上，所述第二線圈纏繞在所述第二軟磁上。7.如權(quán)利要求1所述的磁控金屬二次電池，其特征在于，所述磁性體包括第一軟磁、第二軟磁、第一線圈和第二線圈時，所述第一軟磁設(shè)置在所述金屬二次電池本體的前端，所述第二軟磁設(shè)置在所述金屬二次電池本體的后端，且所述第一線圈纏繞在所述第一軟磁上，所述第二線圈纏繞在所述第二軟磁上。
【文檔編號】H01M10-04GK204289616SQ201420496403
【發(fā)明者】孫旭陽 [申請人]孫旭陽