含水系電解液的高電壓電池的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉一種電池及其制作方法，特別涉及一種含水系電解液的高電壓電池及其制作方法。
【背景技術】
[0002]隨著電子時代的到來，人們對化學電源的需求越來越大，對其性能的要求也越來越高。目前，以水溶液為電解液的電池工作電壓幾乎都在2.0V以下，而以有機溶液為電解質的電池大多存在安全隱患。普通的碳鋅電池不僅工作電壓低能量密度也低，堿性鋅錳電池具有相對優(yōu)良的電化學性能和較高的性價比，但其工作電壓一般低于1.5V。鋰離子電池工作電壓較高但價格昂貴，由于使用有機溶劑作為電解液，電池在使用中也存在安全隱患。本發(fā)明的目的在于提供一種含水系電解液的高電壓電池制作方法。

【發(fā)明內容】

[0003]含水系電解液的高電壓電池，設計電池利用的原理是采用合適的隔膜讓負極反應和正極反應發(fā)生發(fā)生在不同的環(huán)境下，使負極反應具有較低還原電位，正極反應具有較高的氧化電位，電池具有較高的工作電壓。含水系電解液的高電壓電池負極活性物質選用具有較低還原電位的物質，如Zn、Mg、Al、Fe、S1、S、亞硫酸鹽、亞磷酸鹽、次磷酸鹽、硼氫化物等。負極使用的電解液優(yōu)先選用堿性水溶液，如一定濃度的L1H溶液、NaOH溶液、KOH溶液、Ca (OH) 2溶液、氨水、Na 20)3溶液等，或者是幾種堿性溶液的混合溶液。含水系電解液的高電壓電池正極活性物質選用具有較高氧化電位的物質，如Mn02、PbO2、鎳氧化物、鈷氧化物、次溴酸鹽、次氯酸鹽、碘酸鹽、溴酸鹽、氯酸鹽、高錳酸鉀、高鐵酸鹽、碘、02、H202等。正極電解液優(yōu)先選用酸性水溶液，如一定濃度的H2SO4溶液、HCl溶液、H 3P04溶液、HNO 3溶液、銨鹽溶液等，或者是幾種酸性溶液的混合溶液。正、負極其中一極使用的電解液也可以是有機溶液，溶劑可以選用DMSO、DMF、乙醇，乙腈等，或者是幾種有機溶劑的混合溶液；溶質可以選用L1H、NaOH, Κ0Η、氯化物、高氯酸鹽、硼酸鹽、乙酸鹽等，或者是幾種鹽混合使用。電解液中使用的支持電解質可以是硫酸鹽、硝酸鹽、氯化物、銨鹽等。使用陽離子交換膜或陰離子交換膜或能夠隔離電解液且導通離子的裝置作為隔膜，使正、負極電解液隔離開。
[0004]本發(fā)明有益效果是:采用合適的隔膜讓負極反應和正極反應發(fā)生發(fā)生在不同的環(huán)境下，從而使負極反應具有較低還原電位，正極反應具有較高的氧化電位，電池具有較高的工作電壓。使用的隔膜能夠回收利用，電池也具有較高的性價比。
【具體實施方式】
[0005]
實施例1 負極:Zn ；
負極電解液:4mol/L NaOH和0.5mol/L Na2SOz^合溶液； 正極:Μη02: super P L1: PVDF=90:5:5;
正極制作方法:將二氧化錳、導電劑(super P Li)、粘結劑(PVDF)按照質量比90: 5:
5混合，再用合適是溶劑調漿，攪拌均勻之后涂布在特定的集流體上烘干即可；
正極電解液:lmol/L H2SOjP 0.5mol/L Na #04混合溶液；
隔膜=Naf1n — Na+ (鈉離子交換膜)。
[0006]電池在123.2mA/g_2電流密度下放電到1.1V，放電中壓為2.52V，容量達到500mAh/g Mn02o放電曲線見附圖1。
[0007]實施例2 負極:Zn ；
負極電解液:8mol/L氨水和0.5mol/L Na2SOjg合溶液；
正極:Mn02: super P L1: PVDF=90:5:5;
正極制作方法:將二氧化錳、導電劑(super P Li)、粘結劑(PVDF)按照質量比90: 5:
5混合，再用合適是溶劑調漿，攪拌均勻之后涂布在特定的集流體上烘干即可；
正極電解液:lmol/L H2SOjP 0.5mol/L Na #04混合溶液；
隔膜=Naf1n — Na+ (鈉離子交換膜)。
[0008]電池在246.4mA/gMn02電流密度下放電到1.1V，放電中壓為2.32V，容量達到462mAh/gMn02O放電曲線見附圖2。
[0009]實施例3 負極:Mg ；
負極電解液:V (DMSO): V(EtOH)=I: 3的飽和NH4Cl溶液;
正極:Mn02: super P L1: PVDF=90:5:5;
正極制作方法:將二氧化錳、導電劑(super P Li)、粘結劑(PVDF)按照質量比90: 5:
5混合，再用合適是溶劑調漿，攪拌均勻之后涂布在特定的集流體上烘干即可；
正極電解液:lmol/L H2SOjP 0.5mol/L Na #04混合溶液隔膜=Naf1n — Na+ (鈉離子交換膜)。
[0010]電池在60mA/g _2電流密度下放電曲線見附圖3。
[0011]實施例4 負極:Zn ；
負極電解液:3mol/L NaOH和0.5mol/L Na2SOz^合溶液；
正極:炭紙；
正極電解液:0.2mol/L KMnO4UmoVL H2SOjP 0.5mol/L Na #04混合溶液；
隔膜=Naf1n — Na+ (鈉離子交換膜)。
[0012]電池在200mA/cm2電流密度下放電曲線見附圖4。
[0013]實施例5 負極:Zn ；
負極電解液:3mol/L NaOH和0.5mol/L Na2SOz^合溶液；
正極:super P Li: PVDF: Mn02=75: 15: 5 ；
正極制作方法:將導電劑(super P Li )、粘結劑(PVDF)、催化劑(MnO2)按照質量比75: 15: 5混合，再用合適是溶劑調漿，攪拌均勻之后涂布在特定的集流體上烘干即可； 正極電解液:質量分數(shù)5% H202、lmOl/L H2SO4^P 0.5mol/L Na #04混合溶液隔膜=Naf1n — Na+ (鈉離子交換膜)。
[0014]電池在200mA/cm2電流密度下放電曲線見附圖5。
【主權項】
1.含水系電解液的高電壓電池，包括正極、負極、隔膜，正極電解液和負極電解液，其特征在于:電池正、負極被合適的隔膜隔開并處于不同的電解液中，即正、負極電化學反應發(fā)生在不同的環(huán)境下。2.根據(jù)權利要求1所述的含水系電解液的高電壓電池，其特征在于:正、負極所處的電解液可以是不同的水溶液，也可以是一個電極處與水溶液中，另一電極處于有機電解液中。3.根據(jù)權利要求1所述的含水系電解液的高電壓電池，其特征在于:負極優(yōu)先選用堿性電解液，如一定濃度的L1H溶液、NaOH溶液、KOH溶液、Ca (OH) 2溶液、氨水、Na 20)3溶液等，或者是幾種堿性溶液的混合溶液。4.根據(jù)權利要求1所述的含水系電解液的高電壓電池，其特征在于:正極優(yōu)先選用酸性電解液，如一定濃度的H2SO4溶液、HCl溶液、H 3P04溶液、HNO 3溶液、銨鹽溶液等，或者是幾種酸性溶液的混合溶液。5.根據(jù)權利要求1所述的含水系電解液的高電壓電池，其特征在于:使用有機溶液做電解液時，溶劑可以選用DMSO、DMF、NMP、乙醇，乙腈等，或者是幾種有機溶劑的混合溶液；溶質可以選用Li0H、Na0H、K0H、氯化物、高氯酸鹽、硼酸鹽、銨鹽、乙酸鹽等，或者是幾種鹽混合使用。6.根據(jù)權利要求1所述的含水系電解液的高電壓電池，其特征在于:電池中使用的隔膜為陽離子交換膜或陰離子交換膜或其它能夠隔離電解液且導通離子的裝置。7.根據(jù)權利要求1所述的含水系電解液的高電壓電池，其特征在于:電解液中使用的支持電解質可以是硫酸鹽、硝酸鹽、氯化物、銨鹽等。8.根據(jù)權利要求1所述的含水系電解液的高電壓電池，其特征在于:負極活性物質選用具有較低還原電位的物質，如Zn、Mg、Al、Fe、S1、S、亞硫酸鹽、亞磷酸鹽、次磷酸鹽、硼氫化物等。9.根據(jù)權利要求1所述的含水系電解液的高電壓電池，其特征在于:正極活性物質選用具有較高氧化電位的物質，如Mn02、PbO2、鎳氧化物、鈷氧化物、次溴酸鹽、次氯酸鹽、碘酸鹽、溴酸鹽、氯酸鹽、高錳酸鉀、高鐵酸鹽、碘、02、H2O2等。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種含水系電解液的高電壓電池及其制作方法。電池使用合適的隔膜讓負極反應和正極反應發(fā)生在不同的環(huán)境下，目的是使負極反應具有較低還原電位、正極反應具有較高的氧化電位，從而使電池具有較高的工作電壓。電池主要包括正極、負極、正極電解液、負極電解液和隔膜。通過合理選用正負極、隔膜和與正負極相對應的電解液，能夠得到工作電壓高于2.0V的電池。
【IPC分類】H01M2/16, H01M10/36, H01M10/38
【公開號】CN105140575
【申請?zhí)枴緾N201510498772
【發(fā)明人】周飛
【申請人】周飛
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年8月14日