[发明专利]用于可充电钙电池的钛基正极材料和包含其的电芯

权利要求书

1.一种钙基二次电芯，其包含：

-负极，该负极包括负极活性材料，所述负极活性材料能够接受和释放钙离子，

-正极，该正极包括正极活性材料，所述正极活性材料能够接受和释放钙离子，

-设置在负极和正极之间的电解质，所述电解质包含溶解在至少一种溶剂中的钙离子，

-温度控制元件，其能够将电芯的工作温度设定在30-150℃，

其中所述正极活性材料是一种或多种钛基材料，该钛基材料至少包含钛(IV)和硫化物。

2.根据权利要求1所述的电芯，其中所述钛基材料具有通式Ca_xL_yTiS₂，其中0≤x≤1，0≤y≤6，并且L为溶剂分子。

3.根据权利要求2所述的电芯，其中通式Ca_xL_yTiS₂的钛基材料包括嵌入TiS₂材料内的钙物质Ca_xL_y。

4.根据权利要求1-3所述的电芯，其中所述钛基材料具有通式Ca_xTiS₂，其中0≤x≤1。

5.根据权利要求4所述的电芯，其中通式Ca_xTiS₂的钛基材料包含嵌入TiS₂材料内的钙物质Ca_x。

6.根据权利要求1-5所述的电芯，其中所述钛基材料是TiS₂。

7.根据权利要求1-6所述的电芯，其中所述钛基材料选自：TiS₂(O1结构)、CaTiS₂(O3结构)、Ca_xTiS₂其中0<x<1(O1，O3或P3结构)，及其混合物。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的电芯，其中所述钛基材料表现出约0.8eV的钙离子迁移活化能，以及在室温下高于10^-17cm².s^-1的估算钙离子扩散系数。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的电芯，其中所述负极材料是钙金属阳极或钙合金阳极，且优选为钙金属阳极。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的电芯，其中包含钙离子的电解质选自Ca(BF₄)₂、Ca(ClO₄)₂、Ca(PF₆)₂、Ca(TFSI)₂、Ca(Tf)₂、Ca(CF₃SO₃)₂及其混合物。

11.根据权利要求10所述的电芯，其中当所述钛基材料为Ca_xTiS₂时，所述电解质含有Ca(BF₄)₂。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的电芯，其中所述溶剂选自碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸亚丁酯(BC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸亚乙酯(FEC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、和氟代碳酸亚乙酯(FEC)及其混合物，且优选地选自碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)及其混合物。

13.操作根据权利要求1-12中任一项所述的钙基二次电芯的方法，所述方法包括将电芯工作温度设定为30℃至150℃的步骤。