[发明专利]一种超快充电的锰锌电池

说明书

本发明涉及一种具有超快充电功能的锰锌电池。包括正极、负极材料锌、电解液，所述的正极为可作集流体的材料，正极上无正极活性材料，所述的电解液为含二价锌和二价锰的电解液。其采用高电压沉积的充电方式实现锰锌电池的快速充电和高储能容量。作为一种能量较高且具有实用前景的水系电池，有望于未来的商业化应用。

技术领域

本发明涉及水系二次电池领域，具体涉及一种超快充电的锰锌电池。

背景技术

未来，能源和环境成为人类面临的两大难题。传统煤炭、石油等一次能源的枯竭和日益突出的环境污染问题对人类的生存和发展提出了挑战。在此背景下，清洁、经济、可再生的能源受到了科学家们的广泛关注。而新能源往往是瞬间的，不具有持久性，因此，储能显得格外重要。储能在电网、电动汽车和各类电子器件上都得到了广泛应用。现今，最为普遍应用的储能设备是锂离子电池。但是，长期看来，锂资源的短缺和生产使用过程中所带来的环境和安全问题将限制锂离子电池在未来长期的发展。相比之下，水系电池其具有安全、无毒和价格低廉等优势，因此受到科学和工程工作者的日益关注。特别是锌离子电池，当前研究发现其能量高于大部分的其他类型水系电池。其中，锰锌电池是最具代表性的锌离子电池之一，尤其是伴随着锰的两电子转移机理的发现(Angew Chem Int Ed 2019,58,7823-7828.)，使得其容量可超过600mAh/g，能量密度可达1000Wh/Kg(以锰材料质量计算)。而整个器件的能量密度有望达到锂电池的标准。然而，实际应用中，如何实现低成本、可靠性强和高容量的锰锌电池依然是一个难题。另外，有关锰锌电池的超快速充电还是业内科研和工程研究的空白。实现超快充电对电池来说无疑是一个非常有意义的性能，这将有利于推进锰锌电池在储能领域特别是电动车所需的储能电池中具有应用的前景。锰锌电池超快速的充电将大大缩短电动汽车和电子器件等储能设备的充电时间，为进一步实现商用提供了技术支持。

发明内容

基于上述背景，本发明提出了一种具有超快充电功能的锰锌电池。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

提供一种具有超快充电功能的锰锌电池，包括正极、负极材料锌、电解液，所述的正极为可作集流体的材料，正极上无正极活性材料，所述的电解液为含二价锌和二价锰的电解液，。

按上述方案，所述的可作集流体的材料选用碳和惰性金属等导电性材料，如碳布、碳毡，碳纸和钛金属材料等。

按上述方案，负极材料锌为商用锌片，厚度为0.01mm以上。

按上述方案，所述锌的盐溶液包括硫酸锌，硝酸锌和醋酸锌等含锌盐溶液；锰的盐溶液包括硫酸锰、硝酸锰和醋酸锰等含锰盐溶液。

按上述方案，所述电解液中二价锰和二价锌的摩尔比优选范围为1：2到4：1；电解液中二价锰和二价锌浓度可选0.5M以上，高浓度有利于容量的提高，但电解质用量大，使用时可根据需求调节。

按上述方案，上述锰锌电池的充电方式为恒电压充电，施加电压范围为2V～2.6V。低于2V则不能实现锰的沉积，高于2.6V则因为水分解的原因会导致电池放电效率较低。

按上述方案，所述的锰锌电池组装方式可采用已有技术的卷芯、类铅蓄电池和软包电池等电池组装形式。

按上述方案，所述的具有超快充电功能的锰锌电池还包括电池隔膜，所述电池隔膜可采用已有技术的水系电池用隔膜或超级电容器隔膜，如纤维纸，无纺布，聚丙烯隔膜和玻璃纤维等。如能保证器件中正负极不相互接触，也可不采用隔膜。

具有超快充电功能的锰锌电池的充电方法，对电池进行恒电压充电，通过恒电压沉积达到快速充电的效果，施加电压范围为2V～2.6V。低于2V则不能实现锰的沉积，高于2.6 V则因为水分解的原因会导致电池放电效率较低。