[发明专利]电池

说明书

本申请是申请人于2014年1月2日提出的发明名称为电池，申请号为 201410001325.1的中国发明专利申请的分案申请。

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，目前该电池采用的是液态电解液，液态电解液容易与正负极导电剂、集流体等发生副反应，影响电池性能的发挥。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，现有的内部交换电池的液态电解液，液态电解液容易与正负极的导电剂、集流体等发生副反应，影响电池性能的发挥的问题。

本发明提供了一种电池，所述电池包括正极、负极、及位于所述正极和所述负极之间的凝胶电解质；

所述凝胶电解质包括基体聚合物、分散剂以及电解质盐；所述基体聚合物包括聚丙烯酰胺；所述电解质盐包括第一金属离子和第二金属离子；

所述正极包括能够可逆脱出-嵌入所述第一金属离子的正极活性物质；

在充电过程中所述第二金属离子还原为第二金属沉积在所述负极，且在放电过程中第二金属可逆氧化溶解为所述第二金属离子。

优选地，所述基体聚合物占凝胶电解质的质量百分含量为5％～10％。

优选地，所述凝胶电解质的厚度为1～1.5mm。

优选地，所述凝胶电解质还包括添加剂，所述添加剂为铋化合物。

更优选地，所述铋化合物选自硝酸铋和/或三氧化二铋。

优选地，所述电解质盐包括硫酸根离子、氯离子、醋酸根离子、硝酸根离子和烷基磺酸根离子中的一种或几种。

优选地，所述聚丙烯酰胺选自非离子聚丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺和两性离子聚丙烯酰胺中的一种或几种。

优选地，所述聚丙烯酰胺的平均分子量为200万～1400万。

优选地，所述第一金属离子选自锂离子、钠离子和镁离子中的一种。

优选地，所述第二金属选自锰、铁、铜、锌、铬、镍、锡和铅中的一种。

优选地，所述分散剂为水或醇。

本发明还提供了一种电池所述电池包括正极、负极、附于所述正极表面上的正极凝胶电解质层、及位于所述正极凝胶电解质层与所述负极之间的第二液态电解液；

所述正极凝胶电解质层包括基体聚合物、分散剂以及第一电解质盐；所述基体聚合物包括聚丙烯酰胺；所述第一电解质盐包括第一金属离子；

所述第二液态电解液中包括第二金属离子；

所述正极包括能够可逆脱出-嵌入所述第一金属离子的正极活性物质；

在充电过程中所述第二金属离子还原为第二金属沉积在所述负极，且在放电过程中第二金属可逆氧化溶解为所述第二金属离子。

优选地，所述聚丙烯酰胺选自非离子聚丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺和两性离子聚丙烯酰胺中的一种或几种。

优选地，所述聚丙烯酰胺的平均分子量为200万～1400万。

优选地，所述第一金属离子选自锂离子、钠离子和镁离子中的一种。

优选地，所述第二金属选自锰、铁、铜、锌、铬、镍、锡和铅中的一种。

优选地，所述分散剂为水或醇。

本发明还提供了一种电池，所述电池包括正极、负极、附于所述负极表面的负极凝胶电解质层、及位于所述正极与所述负极凝胶电解质层的第一液态电解液；

所述第一液态电解液中含有第一金属离子；

所述负极凝胶电解质层附于所述负极上，所述负极凝胶电解质层包括基体聚合物、分散剂以及第二电解质盐；所述基体聚合物包括聚丙烯酰胺；所述第二电解质盐包括第二金属离子；

所述正极包括能够可逆脱出-嵌入所述第一金属离子的正极活性物质；