[其他]带组合电极的电化学电池

说明书

本发明是关于一种能在常温下可逆工作的电化学电池。电池的电解质是在一种大分子材料中的离子型化合物的固态溶液，可以根据其正电极活性材料的特性来区分电池。

欧州专利13199曾经申请过薄膜型的电化学电池，它的电解质是在一种大分子材料中的离子型化合物的固态溶液，根据这个专利，正电极可由聚结制品构成，该聚结制品是由电化学活性材料，即由一种离子导电性的惰性化合物和一种与构成电解质的材料相同或相似的大分子材料构成的。在引述的欧州专利中，制备电解质的较好材料是一种聚合物（聚氧乙烯化合物）。曾推荐过许多材料作为电化学的活性材料。

但是，当希望制造能重复充放电，而在充电和放电循环中又能提供高的稳定电压的电池时，对这些材料的选择受到了很大的限制。

为了得到在常温下工作的电池，最好是选用一种大分子材料，这种大分子材料由一种环氧乙烷的共聚物和一种环醚氧化物组成，（后者可代取代基或无取代基，）以便能提供一种聚醚型的链。这样得到的一种具有单一热力学稳定物相形态的材料，有利于电池在常温下准确工作。与这些电解质有关，存在着某些电化学活性材料可以利用，这些材料允许电池在常温下进行可逆工作。例如，一些过渡元素的衍生物，象二氧化钼、钒的氧化物和二硫化钛。这些化合物都表现出实质上是与电解质材料中固态溶液盐类阳离子发生插入反应的共同特征。

由于这些材料实质上发生插入反应，所以下面称为插入材料。使用这些材料有几个缺点。一般地说，它们都是难于合成的昂贵材料，另外，插入反应仅涉及活性材料每个原子的大约一个电子（1到1.5之间）。由于这一事实，电极的理论电容量小。例如，当活性材料是钒的氧化物V₆O₁₃时，电容量大约为420安小时/千克活性材料;当活性材料是TiS₂时，电容量为250安小时/千克活性材料。

另一方面，有人曾指出利用其他不同于插入材料的各种电极材料来制造二次电化学高效电池也没有多大成效。然而，与这些材料有关的电解质和与本发明电池相关的电解质是大不相同的，比如它们为熔融盐或有机溶剂。到目前为止，人们提出的最好的一种电池是利用黄铁矿做为电极活性材料的电池，它的电极和一种在常温下工作的有机电解质相配合（常温二次Li/Fe S电池;G·H·NEWMAN;L·P·KLEMANN，29次能源会议之集，六月1980）（AMBIENT TEM PERATURE SECONDARY Li/Fe S GELLS·H·NEWMAN;L·P·KLEMANN Proceedings of the 29th Power Sources Conference June 1980）。据这篇文章所述，曾经有人做过制造一种在常温下工作的可逆电池的尝试，该文作者试验了一系列的有机电解质，比如溶有一种锂的有机硼酸盐的二氧戊烷-二甲氧基乙烷混合物。这些实验的目的在于确定一种能使电池在常温下正常循环工作的电极材料和电解质相配合。从上述文章可以看到，这些试验是不成功的，因为实现良好循环只能达到22次，当循环次数逐渐增加时，放电容量就显著地降低。比如，第一次循环的起始值为128毫安一小时，而经过22次循环就下降到71毫安一小时，这表明电容量下降。因而上文的作者断言：当使用FeS₂（即一种在还原时引起新物种形成的材料）作为电极材料时，他们还不能实现电池在常温下以更多的循环次数可逆工作。为了比较好地说明与上述还原反应有关的各种不同反应，有一个例子可以参考：M·B·CLARK的文章《锂电池》J·M·GABANO编辑，1983（The article of M·B CLARK LITH IUM BATTER IES，Edited by J·M·GABANO1983 ACa DEM IC PRESS）。

本发明的作者并不企图发展一种有限性的科学理论，只是认为用下面的论点能够说明为什么FeS₂不可能用做常温可逆性液体电解质蓄电池电极材料的原因是液体电解质的迁移机理允许还原时产生的新物质，因缺乏选择性而进行迁移或扩散。这种选择性的欠缺改变了电化学过程，或改变了电池放电或充电过程活性材料的有效性。

与此相反，本发明揭示：倘如使用本发明的电极材料，就能够使一个电化学电池在常温下以大数目的循环次数可逆地工作。