[发明专利]具有铝阳极和固体聚合物电解质的电池

说明书

本发明公开了一种电池，其具有多价的铝金属作为电化学活性的阳极材料，并还包括固体离子导电聚合物材料。

技术领域

本发明一般性地涉及包括铝作为电化学活性阳极材料的电化学电池，更具体地涉及铝电池、其组件碱性阴极和包括固体离子导电聚合物材料(solid ionicallyconducting polymer material)的电解质。

背景技术

由于铝具有高的理论电压和比能，其是特别有吸引力的阳极材料。然而，铝是反应性很强的金属，在含水体系中参与腐蚀副反应(1)，这对二次体系(secondary system)来说是不切实际的：

Al+H₂O→Al(OH)₃+3/2H₂ (1)

已经研究了铝用作铝离子电池中的离子。但是，没有实际的铝嵌入阴极。铝离子在电解质中具有低离子电导率。

如Nature 520,324-328中所公开的，离子液体电解质可以实现可再充电的行为，然而，其昂贵且由于AlCl₄^-离子参与式(2)所述的氧化还原过程，其产生低的系统比容。

Al+4AlCl₄^-+3C_n[AlCl₄]→3C_n+4Al₂Cl₇^- (2)

例如，式(2)导致阳极的比容为114mAh/g(Al+4AlCl₄^-)，而插层石墨阴极在n＝32时得到70mAh/g。

本发明的方面和实施方案克服了上述限制铝在高容量电池中使用的问题并提供了其他优点。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了具有铝阳极组件的电化学电池，其还包含固体离子导电聚合物材料。

一方面，电池包含：包含铝的负极；包含去极化剂的正极，所述去极化剂能够在还原时电化学反应以产生氢氧根离子；以及包含插入(interposed)所述负极和正极之间的固体离子导电聚合物材料的电解质，以在电极之间离子传导氢氧根离子。

所述电池的其他方面可包括以下一个或多个：

电池，其中阴极进一步包含所述固体离子导电聚合物材料。

电池，其中所述去极化剂是金属氧化物。

电池，其中所述去极化剂包含二氧化锰。

电池，其中阳极进一步包含导电材料。

电池，其中阴极进一步包含导电材料。

电池，其中阳极进一步包含所述固体离子导电聚合物材料，且其中所述铝被分散在所述固体离子导电聚合物材料中。

电池，其中所述去极化剂包含二氧化锰和所述固体离子导电聚合物材料。

电池，其中所述固体离子导电聚合物材料包含：

结晶度大于30％；玻璃态；至少一种阳离子扩散离子和阴离子扩散离子两者，其中所述至少一种扩散离子在所述玻璃态下是可移动的。

电池，其中所述至少一种阴离子扩散离子包含氢氧根。

电池，其中所述固体离子导电聚合物材料包含多种电荷迁移复合物。

电池，其中所述固体离子导电聚合物材料包含多种单体，其中每种电荷迁移复合物都位于单体上。