[发明专利]以钒的氧化物为正极的可充电锌离子电池

说明书

技术领域

本发明属电池技术领域，具体涉及一种锌离子在正极活性材料脱嵌和 在负极还原或氧化的可充电的锌离子电池。

背景技术

随着经济的不断发展，必然引起石油资源的匮乏和环境的污染，因此 新型绿色能源的综合高效的开发和利用已成为十分必要的课题。相比较一 次电池，二次电池能重复多次进行充放电循环，能充分利用原材料，故其 更经济实用。

CN 101540417A中国发明专利申请首次公开了一种以二氧化锰为正 极，以锌为负极，以含锌离子的溶液为电解液的可充电锌离子电池，在充 电时锌离子脱出二氧化锰经过电解液然后在负极沉积，放电时上述过程刚 好相反。

这种锌离子电池储存电子的机理如下：

正极：

负极：

由于利用到锌离子在正极材料的可逆脱嵌行为，因此这种可充锌离子 的电池具有容量高，循环寿命长等特点。这种锌离子电池可广泛应用于个 人数字记事本、Blectronic Organizers、移动电话、无绳电话、BP机、电动 玩具、游戏机、便携式数据终端、个人音频视频装置、实验装置、掌上计 算机等领域。

这种可充锌离子电池的性能受正极材料的性能影响，而为了进一步改 善可充电锌离子电池的性能，寻找新的性能优良的正极材料不实为一种好 的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的二次电池。

钒具有多种价态，具有多种氧化物，钒的氧化物具有多种晶型，最近， 发明人首次发现了二价锌离子(Zn²⁺)于水溶液中在钒的氧化物材料V₂O₅、 V₆O₁₃、VO₂、V₃O₇、V₆O₁₄等中可逆快速的嵌入和脱出的行为，这种锌离 子的嵌入行为具有容量高、可逆程度好等特点。另一方面，锌可以于水溶 液中进行可逆的电化学沉积和溶解。在此发现基础之上，我们发明了一种 可充电的锌离子电池，其以钒的氧化物为正极活性材料，锌为负极活性材 料，含Zn²⁺水溶液为电解液，在充电时锌离子脱出正极活性材料钒的氧化 物经过电解液然后在负极沉积，放电时负极锌溶解为锌离子经过电解液嵌 入到正极材料钒的氧化物的隧道中。

本发明提出的二次电池的具体方案如下：

一种可充电锌离子电池，由正极、负极、介于两者之间的隔离膜以及 含有阴阳离子并具有离子导电性的电解质组成，其特征在于：所述负极的 活性材料以锌元素为主，所述正极的活性材料为可吸藏和释放锌离子的钒 的氧化物或其水化物，所述电解质是以锌的可溶性盐为溶质、水为溶剂并 具有离子导电性的液态或凝胶态材料。

所述钒的氧化物可以是五氧化二钒(V₂O₅)、十三氧化六钒(V₆O₁₃)、 二氧化钒(VO₂)、七氧化三钒(V₃O₇)、或十四氧化六钒(V₆O₁₄)等。

所述负极可以是纯金属锌或锌的合金。所述负极也可以采用如下方 案：负极包括集流体和附着于集流体上的负极膜，该负极膜可以由锌粉和 粘结剂制成，也可进一步在负极膜中添加缓蚀剂和/或电子导电剂。其中， 粘结剂可选择聚四氟乙烯、水溶性橡胶、聚偏四氟乙烯或纤维素；缓蚀剂 的添加量为负极膜质量的1％以下，缓蚀剂用于抑止或消除锌元素析氢反 应，优选铟的氧化物、铟的氢氧化物或金属铜；电子导电剂的添加量为负 极膜质量的50％以下，优选石墨、碳黑、乙炔黑、炭纤维或炭纳米管。

所述正极包括集流体和附着于集流体上的正极膜，该正极膜由正极的 所述活性材料(即钒的氧化物或该氧化物的水化物)、电子导电剂和粘结 剂制成。其中，电子导电剂为石墨、碳黑、乙炔黑、炭纤维或炭纳米管， 添加量为正极膜质量的50％以下；粘结剂为聚四氟乙烯、水溶性橡胶、聚 偏四氟乙烯或纤维素，添加量为正极膜质量的20％以下。锌离子可在正极 活性材料的晶格内进行可逆的嵌入和脱出，以正极活性材料质量计算，所 述正极活性材料储存锌离子的容量不小于100mAh/g。