[发明专利]电池

说明书

技术领域

本发明属于电池领域，具体涉及一种基于内部离子交换的电池。

背景技术

铅酸电池，其出现已超百年，拥有着成熟的电池技术，占据着汽车启动电瓶、电动自行车、UPS等储能领域的绝对市场份额。铅酸电池虽然循环使用寿命较低，能量密度也相对较低，但却拥有价格非常低廉，性价比非常高的优点。因此，近些年来，镍氢电池、锂离子电池、钠硫电池等，均无法在储能领域取代铅酸电池。

新出现了一种基于内部离子交换的电池。该电池的工作原理为，正极基于第一金属离子的脱出-嵌入反应，负极基于第二金属离子的沉积-溶解反应，电解液含参与正极脱出-嵌入反应的第一金属离子和参与负极沉积-溶解反应的第二金属离子。该类型电池的理论能量密度为160Wh/Kg，预计实际能量密度可达50～80Wh/Kg。综上所述，该类型电池非常有希望成为替代铅酸电池的下一代储能电池，具有极大的商业价值。

但是，目前该类电池自放电问题较为严重，会导致电池电化学性能迅速恶化，限制了该类电池的实际应用，因此，亟待寻找一种新的离子交换电池，能够改善电池的自放电问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种离子交换电池，能够改善离子交换电池正极导电剂的腐蚀问题，从而进一步改善电池的自放电问题。

一种电池，包括正极、负极、及电解液，所述正极包括能够可逆脱出-嵌入第一金属离子的正极活性物质和正极导电剂；所述电解液包括能够溶解电解质并使所述电解质电离的溶剂；所述电解质包括第一金属离子和第二金属离子，所述第二金属离子在充放电过程中能够在所述负极还原沉积为第二金属，所述第二金属能够可逆的氧化溶解为第二金属离子；其中，所述电池还包括加入到所述正极中的添加剂，所述添加剂为无机氧化物，所述无机氧化物的析氧过电位不低于2V。

优选的，所述无机氧化物为TiO₂、Bi₂O₃、SnO₂、SrO、Al₂O₃、PbO₂、CeO₂中的至少一种。

优选的，以所述正极的质量百分含量为基准，所述无机氧化物的质量百分含量不高于10%。

优选的，所述电解液的pH值为3～7。

优选的，所述溶剂为水或醇。

优选的，所述电解质中的阴离子包括硫酸根离子、氯离子、醋酸根离子、甲酸根离子、磷酸根离子或烷基磺酸根离子中一种或几种。

优选的，所述第一金属离子选自锂离子或钠离子。

优选的，所述第二金属离子为锰离子、铁离子、铜离子、锌离子、铬离子、镍离子、锡离子或铅离子。

优选的，所述正极活性物质选自LiMn₂O₄、LiFePO₄或LiCoO₂中一种或几种。

优选的，所述正极导电剂为导电聚合物、导电氧化物、活性碳、石墨烯、碳黑、石墨、碳纤维、金属纤维、金属粉末、以及金属薄片中的一种或几种。

本发明通过在电池的正极添加了析氧过电位不低于2V的无机氧化物，能够抑制氧气在正极的析出，改善电池正极导电剂的腐蚀问题，从而进一步改善电池的自放电问题，同时也提高了电池的电化学性能和安全性能。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种电池，包括正极、负极、及电解液，正极包括能够可逆脱出-嵌入第一金属离子的正极活性物质和正极导电剂；电解液包括能够溶解电解质并使电解质电离的溶剂；电解质包括第一金属离子和第二金属离子，第二金属离子在充放电过程中能够在负极还原沉积为第二金属，第二金属能够可逆的氧化溶解为第二金属离子；其中，电池还包括加入到正极中的添加剂，添加剂为无机氧化物，无机氧化物的析氧过电位不低于2V。

本发明电池的充放电原理为：充电时，正极活性物质脱出第一金属离子，同时伴随正极活性物质被氧化，并放出电子；电子经由外电路到达电池负极，同时电解液中的第二金属离子在负极上得到电子被还原，并沉积在负极上。放电时，沉积在负极上的第二金属被氧化，失去电子转变为第二金属离子进入电解液中；电子经外电路到达正极，正极活性物质接受电子被还原，同时第一金属离子嵌入正极活性物质中。