[发明专利]电池

说明书

技术领域

本发明属于电化学储能领域，具体涉及一种电池。

背景技术

人类对新能源的广泛运用，导致了二次电池市场的急速扩大。当前新能源体系中对二次电池的要求无处不在。无论是电动汽车，风能，太阳能并网还是电网调峰，都急需一种廉价，可靠，安全和寿命长的二次电池。目前所发展的二次电池主要集中在锂离子电池，高温钠硫电池，钠镍氯电池和钒液流电池。这些电池都具有各自的优点，比如锂离子电池和高温钠硫电池寿命长以及能量密度高，钒液流电池更是理论上具备无限的寿命等。但无论哪种电池，都无法同时满足廉价，可靠，安全和寿命长的要求。传统的锂离子电池过于昂贵，且有安全隐患；高温钠硫电池制造技术门槛高，售价昂贵；钒液流电池多项技术瓶颈目前都未能获得突破等。

为此很多研究者都致力于水系锂离子电池的研究，希望以此大幅降低锂离子电池的成本并提高安全性，并提出了一些以LiMn₂O₄为正极，钒的氧化物例如LiV₃O₈等为负极、水为电解液的电池，但因此类负极在水中充放电的稳定性差以及钒具有一定的毒性，从而限制了此类电池的发展。截至目前，已经提出的水系锂离子二次电池的结构都未能摆脱基于锂离子脱出-嵌入原理的结构，比如已经有报道的VO₂/LiMn₂O₄，LiV₃O₈/LiNi_0.81Co_0.19O₂，TiP₂O₇/LiMn₂O₄，LiTi₂(PO₄)₃/LiMn₂O₄，LiV₃O₈/LiCoO₂等。

发明内容

本发明旨在提供一种低成本、安全可靠且性能优良的电池。

本发明还提供了一种电池，包括正极，负极和电解液，所述正极包括正极集流体和参与电化学反应的正极活性物质，所述正极活性物质能够可逆脱出-嵌入离子；所述负极至少包括负极集流体；所述电解液包括至少一种能够溶解电解质并使所述电解质电离的溶剂；所述电解质能够电离出至少一种充放电过程中在所述负极发生还原-沉积和氧化-溶解的活性离子；所述电解液的pH值范围为3-7。

优选的，所述溶剂为水或醇溶液。

优选的，所述活性离子包括金属离子，所述金属选自Zn、Fe、Cr、Cu、Mn、Ni、Sn中的至少一种。

优选的，所述活性离子以氯酸盐、硫酸盐、硝酸盐、醋酸盐、甲酸盐、磷酸盐中的至少一种形式存在于所述电解液中。

优选的，所述电解液的pH值为4。

优选的，所述负极集流体的材料选自金属Ni、Cu、Ag、Pb、Sn、Fe、Al或经过钝化处理的上述金属中的一种。

优选的，所述负极集流体的材料选自碳基材料、不锈钢、硅或具有镀/涂层的金属，所述镀/涂层含有C、Sn、In、Ag、Pb、Co、Zn的单质、合金、或者氧化物中至少一种。

优选的，所述镀/涂层的厚度范围在1-1000nm之间。

优选的，所述正极活性物质能够可逆脱出-嵌入锂离子、钠离子、锌离子或者镁离子。

优选的，所述正极集流体的材料选自石墨、不锈钢、铝合金、经过钝化的不锈钢或铝合金。

本发明还提供了一种电池，包括正极、负极、电解液和隔膜，所述正极包括正极集流体和参与电化学反应的正极活性物质，所述正极活性物质是能够可逆脱出-嵌入离子的化合物；所述负极是不参与电化学反应的电化学惰性导电电极；所述电解液是至少含有充放电过程中在所述负极发生还原-沉积和氧化-溶解的金属离子的水溶液；所述电解液的pH值范围为3-7。

本发明还提供了一种电池，包括正极、负极、电解液，所述正极包括正极活性物质，所述正极活性物质能够可逆脱出-嵌入离子；所述负极包括参与电化学反应的负极活性物质；所述电解液包括至少一种能够溶解电解质并使所述电解质电离的溶剂；所述电解质能够电离出至少一种充放电过程中在所述负极发生还原-沉积和氧化-溶解的活性离子或/和至少一种充放电过程中在所述正极能够可逆脱出-嵌入的离子，所述负极活性物质在放电过程中能够氧化-溶解为所述活性离子；所述电解液的pH值范围为3-7。