[发明专利]一种基于钙离子的二次电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种基于钙离子的二次电池，包括正极、电解液、负极和隔膜；其中正极包括正极集流体和设置在正极集流体上的正极活性材料层，所述正极活性材料层包括正极活性材料，所述正极活性材料包括碳材料、硫化物、氮化物、氧化物、碳化物、以及上述各材料的复合物中的一种或多种；电解液包括钙盐和非水溶剂；负极包括金属箔片，所述金属箔片同时作为负极集流体和负极活性材料。该二次电池以钙盐作为电解质，成本较低，且工作电压高，容量高，循环性能优异。本发明还提供了该二次电池的制备方法。

技术领域

本发明涉及二次电池技术领域，特别是涉及一种基于钙离子的二次电池及其制备方法。

背景技术

二次电池也可称为可充电电池，是一种可重复充放电、多次使用的电池。相比于不可重复使用的一次电池，二次电池具有使用成本低、对环境污染小的优点。目前，主要的二次电池技术包括铅酸电池、镍铬电池、镍氢电池、锂离子电池等。其中，锂离子电池的应用最为广泛，它是手机、笔记本电脑、数码相机等便携式电子设备的主要能源供给方式。锂离子电池的核心组成部件通常包含正极、负极和电解液，通过发生在正极、负极与电解液界面上的离子传输与电子传输相分离的氧化还原反应来实现电能存储与释放。传统锂离子电池的正极通常以过渡金属氧化物(LiCoO₂、LiNiMnCoO₂、LiMn₂O₄)或聚阴离子型金属化合物(LiFePO₄)组成，负极由石墨类材料组成，电解液为含有锂盐的有机物溶液。正极和电解液中都包含锂离子。但是，锂在地球上的储量有限且高度活泼，导致现有锂离子电池的价格居高不下，且存在一定的安全隐患。此外，传统锂离子电池的电压一般较低，容量提升空间有限，导致锂离子电池的能量密度较低，难以满足新型应用领域的需求。因此，开发一种能量密度高、制造成本低、安全、高效的新型储能器件是当前业内的研究重点。最近，本团队研究并报道了一种新型双离子电池(专利申请号：201510856238.9)，这种电池以石墨类碳材料作为正极材料，金属箔(如铝箔)同时作为负极材料和集流体，电解液由锂盐和碳酸酯类有机溶剂组成，隔膜为玻璃纤维纸，该电池具有成本低、工艺简单、工作电压高(可达5V)、能量密度高、环境友好等优点。但是该电池仍然没有排除锂盐电解液的使用。锂在地球上的储量有限，价格高昂，开发成本较大，且异常活泼，存在安全隐患。

发明内容

鉴于此，本发明实施例提供了一种基于钙离子的二次电池，该电池以石墨等材料作为正极活性材料，以金属箔片同时作为负极集流体和负极活性材料，以钙盐作为电解质，旨在解决现有锂二次电池存在的锂资源储量有限、成本高、以及电池能量密度低、循环稳定性能差、存在安全隐患的问题。

具体地，第一方面，本发明提供了一种基于钙离子的二次电池，包括：

正极，包括正极集流体和设置在所述正极集流体上的正极活性材料层，所述正极活性材料层包括正极活性材料，所述正极活性材料包括碳材料、硫化物、氮化物、氧化物、碳化物、以及上述各材料的复合物中的一种或多种；

电解液，包括钙盐和非水溶剂；

负极，包括金属箔片，所述金属箔片同时作为负极集流体和负极活性材料；

以及隔膜，所述隔膜介于所述正极与所述负极之间。

所述碳材料包括石墨类碳材料、玻璃碳、碳碳复合材料、碳纤维、硬碳、多孔炭、炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种。

所述石墨类碳材料包括天然石墨、膨胀石墨、人造石墨、球形石墨、鳞片石墨、中间相碳微球石墨、热解石墨、高取向石墨、三维石墨海绵中的一种或多种。