。来自该非流动电池Zn阳极混合物的ZnO的至少一部分在该充电期间被还原成Zn，并且该非流动二次Zn-MnO2电池的特征在于等于或大于约5，000次循环的循环寿命。
[0216]一个第三十一实施例可以包括该第三十实施例的方法，其中该MnO2阴极可以包括一种MnO2阴极混合物和一个集电器，其中该MnO2阴极混合物可以与该集电器的一个外表面的至少一部分处于电接触，并且其中该MnO2阴极可以具有基于该MnO 2阴极的MnO 2阴极混合物的总体积，从约5vol.%至约90vol.%的孔隙率。
[0217]一个第三十二实施例可以包括该第三十或第三^^一实施例的方法，其中该非流动电池Zn阳极可以包括一种非流动电池Zn阳极混合物和一个集电器，并且该非流动电池Zn阳极混合物可以与该集电器的一个外表面的至少一部分处于电接触；并且其中该非流动电池Zn阳极可以具有基于该非流动电池Zn阳极的非流动电池Zn阳极混合物的总体积，从约5vol.%至约90vol.%的孔隙率。
[0218]一个第三十三实施例可以包括该第三十至第三十二实施例中的任一个的方法，其中该非流动电池Zn阳极混合物可以包含基于该非流动电池Zn阳极混合物的总重量，从约50wt.%至约90wt.%的量的Zn、从约5wt.%至约20wt.%的量的ZnO、从约5wt.%至约20wt.%的量的一种导电材料、以及从约2wt.%至约1wt.%的量的一种粘合剂。
[0219]一个第三十四实施例可以包括该第三十至第三十三实施例中的任一个的方法，其中该非流动电池电解质溶液可以包含基于该非流动电池电解质溶液的总重量，从约Iwt.%至约50wt.%的浓度的一种氢氧化物，氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂或其任何组合。
[0220]一个第三十五实施例可以包括该第三十至第三十四实施例中的任一个的方法，其中该非流动二次Zn-MnO2电池可以在组装时进行充电。
[0221]在一个第三十六实施例中，一种用于产生能量的方法包括使该流动辅助型二次Zn-MnO2电池充电至一个充电电压，使该流动辅助型二次Zn-MnO 2电池放电至一个放电电压以便产生能量，并且使该流动辅助型电池电解质溶液在该充电和该放电期间连续地循环通过该流动辅助型电池壳体。该流动辅助型二次Zn-MnO2电池包括:一个流动辅助型电池壳体、一个MnO2阴极、包括一个集电器的一个流动辅助型电池Zn阳极、以及一种流动辅助型电池电解质溶液。该MnO2阴极、该流动辅助型电池Zn阳极以及该流动辅助型电池电解质溶液被支撑在该流动辅助型电池壳体内，并且在充电期间来自该流动辅助型电池电解质溶液的ZnO在该流动辅助型电池Zn阳极的集电器上沉积为电沉积Zn。该流动辅助型电池Zn阳极的电沉积Zn的至少一部分在放电期间被氧化并且转移回到该流动辅助型电池电解质溶液中。
[0222]一个第三十七实施例可以包括该第三十六实施例的方法，该方法进一步包括:使该流动辅助型二次Zn-Mn02i池放电至低于该放电电压的一个最终电压，其中将该流动辅助型电池Zn阳极的电沉积Zn从该集电器完全除去，并且其中使该流动辅助型电池电解质溶液连续地循环通过该流动辅助型电池壳体在使该流动辅助型二次Zn-MnO2电池放电至低于该放电电压的一个最终电压期间发生。
[0223]一个第三十八实施例可以包括该第三十六或第三十七实施例的方法，其中该MnO2阴极可以包括一种MnO2阴极混合物和一个第二集电器；其中该胞02阴极混合物可以与该第二集电器的一个外表面的至少一部分处于电接触；其中该MnO2阴极可以具有基于该胞02阴极的MnO2阴极混合物的总体积，从约5vol.%至约90vol.%的孔隙率。
[0224]—个第三十九实施例可以包括该第三十六至第三十八实施例中的任一个的方法，其中该流动辅助型电池电解质溶液可以包含基于该非流动电池电解质溶液的总重量，从约Iwt.%至约50wt.%的浓度的一种氢氧化物，氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂或其任何组合。
[0225]一个第四十实施例可以包括该第三十六至第三十九实施例中的任一个的方法，其中该流动辅助型电池电解质溶液可以包括从约Og/L至约200g/L的量的ZnO。
[0226]虽然已示出并描述了本发明的实施例，但是本领域的技术人员可以在不脱离本发明的精神和传授内容的情况下对其进行修改。在此描述的实施例仅是示例性的并且不旨在是限制性的。在此披露的本发明的许多变化和修改是可能的并且是在本发明的范围之内。在数值范围或限制明确说明的情况下，这样的表示范围或限制应理解为包括如落入明确说明的范围或限制内的量值的迭代范围或限制(例如，从约I至约10包括2、3、4等；大于0.10包括0.11,0.12,0.13等)。例如，每当披露具有一个下限Rl和一个上限Ru的一个数值范围时，明确地披露了落入该范围内的任何数字。具体地说，明确地披露了该范围内的以下数字:R = Rl+k*(Ru-Rl)，其中k是以1%增量的从1%至100%范围内的一个变量，即，
k 是 1%、2%、3%、4%、5%，......，50%、51%、52%，......，95%、96%、97%、98%、99%或
100%。此外，还明确地披露了由如上文中定义的两个数字R限定的任何数值范围。关于一个权利要求的任何要素使用术语“任选地”旨在意指需要主题要素，或可替代地，不需要主题要素。两种替代方案均旨在处于权利要求书的范围之内。更广义的术语，如包含、包括、具有等的使用应该被理解为提供对更狭义的术语，如由...组成、主要由...组成、基本上包括等的支持。
[0227]因此，保护范围并不受以上列出的本说明书所限制，而是仅受跟随的权利要求书所限制，该范围包括权利要求书的主题的所有等效物。每一项权利要求都作为本发明的一个实施例结合到本说明书之中。因此，权利要求书是一种进一步说明并且是对本发明的实施例的附加。对这些实施例的详细说明中的引用的论述并不承认它是本发明的现有技术，特别是公布日期可能在本申请的优先权日期之后的任何引用。在此引用的所有专利、专利申请和公开的披露内容通过引用结合在此，其程度为它们为在此提出的那些提供了示例性、程序的或其他详细补充。
【主权项】
1.一种二次Zn-MnO 2电池，包括: 一个电池壳体； 一个MnO2阴极； 一个Zn阳极；以及 一种电解质溶液， 其中该MnO2阴极、该Zn阳极以及该电解质溶液被布置在该电池壳体内， 其中该MnO2阴极包括一种MnO 2阴极混合物和一个集电器， 其中该MnO2阴极混合物与该集电器的一个外表面的至少一部分处于电接触，并且 其中该MnO2阴极具有基于该MnO 2阴极的该MnO 2阴极混合物的总体积，从约5vo 1.%至约90vol.%的孔隙率。2.如权利要求1所述的二次Zn-MnO2电池，其中该Zn阳极容量和该MnO 2阴极容量是平衡的。3.如权利要求1所述的二次Zn-MnO2电池，其中该Zn阳极或该MnO2阴极中的至少一个包括一种糊状配置。4.如权利要求1所述的二次Zn-MnO2电池，其中该MnO 2阴极或该Zn阳极中的至少一个具有从约100微米至约1，000微米的厚度。5.如权利要求1所述的二次Zn-MnO2电池，其中该MnO2阴极或该Zn阳极中的至少一个具有约400微米的厚度。6.如权利要求1所述的二次Zn-MnO2电池，其中该MnO2阴极或该Zn阳极中的至少一个被进一步包裹在一个电极隔膜中。7.如权利要求6所述的二次Zn-MnO2电池，其中该电极隔膜包括聚合物膜、烧结聚合物薄膜、聚烯烃膜、聚烯烃非织造膜、纤维素膜、玻璃纸、电池级玻璃纸、烧结聚烯烃薄膜、亲水改性的聚烯烃膜、或其任何组合。8.如权利要求1所述的二次Zn-MnO2电池，其中该MnO 2阴极混合物包含基于该MnO 2阴极混合物的总重量，从约45wt.%至约80wt.%的量的MnO2、从约1wt.%至约45wt.%的量的一种导电材料以及从约2wt.%至约1wt.%的量的一种粘合剂。9.如权利要求8所述的二次Zn-MnO2电池，其中该MnO 2包括电解二氧化锰；其中该导电材料包括碳、石墨、石墨粉末、石墨粉片、石墨粉末球状体、碳黑、活性炭、导电碳、无定形碳、玻璃碳、或其任何组合；并且其中该粘合剂包括一种聚合物；一种氟聚合物，聚四氟乙烯(PTFE)，四氟乙烯与丙烯的共聚物；聚偏氟乙烯(PVDF)，苯乙烯与丁二烯的共聚物，苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR); —种导电聚合物，聚苯胺，聚吡咯，聚(3，4-亚乙基二氧基噻吩)(PEDOT)，3，4-亚乙基二氧基噻吩与各种共聚单体(例如，PEDOT与各种掺杂剂)的共聚物，3，4-亚乙基二氧基噻吩与苯乙烯磺酸酯的共聚物(PED0T:PSS)，聚乙烯醇(PVA)，羟甲基纤维素(HMC)，羧甲基纤维素(CMC)，或其任何组合。10.如权利要求1所述的二次Zn-MnO2电池，其中该MnO 2阴极混合物进一步包含一种金属，B1、Sr、Ca、Ba、其氧化物、其氢氧化物、其硝酸盐、其氯化物、或其任何组合。11.如权利要求1所述的二次Zn-MnO2电池，其中该MnO2阴极包括一个糊状MnO2阴极。12.如权利要求1所述的二次Zn-MnO2电池，其中该MnO 2阴极包括一个第一 MnO 2阴极干燥薄片、一个第二 MnO2阴极干燥薄片以及该集电器，其中该第一 MnOJH极干燥薄片被压到该集电器的一个第一侧上，其中该第二 MnO2阴极干燥薄片被压到该集电器的一个第二侧上，其中该第一 MnOJB极干燥薄片和该第二 MnO 2阴极干燥薄片在从约3，OOOpsi至约10，OOOpsi的压力下被压到该集电器的其对应侧上，并且其中该MnO2阴极混合物与该集电器的该第一侧和该第二侧两者处于电接触。13.如权利要求1所述的二次Zn-MnO2电池，其中该集电器包括多孔金属集电器、金属导电网、金属导电交织网、金属导电膨胀网、金属导电滤网、金属导电板、金属导电箔、金属导电穿孔板、金属导电穿孔箔、金属导电穿孔薄片、烧结多孔金属导电薄片、烧结金属导电泡沫、膨胀导电金属、穿孔导电金属、或其任何组合。14.如权利要求1所述的二次Zn-MnO2电池，其中该集电器包括一个金属集电器袋状组件。15.如权利要求1所述的二次Zn-MnO2电池，其中该集电器包括一个集电器衬底，该集电器衬底包括石墨、碳、一种金属、一种合金、钢、铜、镍、银、铂、黄铜、或其任何组合。16.如权利要求15所述的二次Zn-MnO2电池，其中该集电器包括沉积在该集电器衬底上的一种金属，镍、银、镉、锡、铅、铋、或其任何组合。17.如权利要求1所述的二次Zn-MnO2电池，其中该集电器包括一个集电器接片，其中该集电器接片与该MnO2阴极的一个外表面处于电接触。18.如权利要求1所述的二次Zn-MnO2电池，其中该二次Zn-MnO 2电池包括一种非流动二次Zn-MnO2电池，其中该电池壳体包括一种非流动电池壳体，其中该Zn阳极包括一种非流动电池Zn阳极，并且其中该电解质溶液包括一种非流动电池电解质溶液。19.如权利要求18所述的二次Zn-MnO2电池，其中该非流动二次Zn-MnO 2电池包括一种棱柱形配置。20.如权利要求18所述的二次Zn-MnO2电池，其中该非流动电池Zn阳极包括一种非流动电池Zn阳极混合物和一个集电器，其中该非流动电池Zn阳极混合物与该集电器的一个外表面的至少一部分处于电接触；并且其中该非流动电池Zn阳极具有基于该非流动电池Zn阳极的该非流动电池Zn阳极混合物的总体积，从约5vol.%至约90vol.%的孔隙率。21.如权利要求20所述的二次Zn-MnO2电池，其中该非流动电池Zn阳极混合物包含基于该非流动电池Zn阳极混合物的总重量，从约50wt.%至约90wt.%的量的Zn、从约5wt.%至约20wt.%的量的ZnO、从约5wt.%至约20wt.%的量的一种导电材料、以及从约2wt.%至约1wt.%的量的一种粘合剂。22.如权利要求18所述的二次Zn-MnO2电池，其中该非流动电池Zn阳极包括一种糊状非流动电池Zn阳极。23.如权利要求18所述的二次Zn-MnO2电池，其中该非流动电池电解质溶液包含基于该非流动电池电解质溶液的总重量，从约Iwt.%至约50wt.%的浓度的一种氢氧化物，氢氧化钾，氢氧化钠，氢氧化锂，或其任何组合。24.如权利要求18所述的二次Zn-MnO2电池，其中该非流动二次Zn-MnO 2电池的特征在于等于或大于约5，000次循环的循环寿命。25.如权利要求1所述的二次Zn-MnO2电池，其中该二次Zn-MnO 2电池包括一种流动辅助型二次Zn-MnO2电池，其中该电池壳体包括一种流动辅助型电池壳体，其中该Zn阳极包括一种流动辅助型电池Zn阳极，并且其中该电解质溶液包括一种流动辅助型电池电解质溶液。26.如权利要求25所述的二次Zn-MnO2电池，其中该流动辅助型二次Zn-MnO 2电池包括一个MnO2阴极板，并且其中该板具有平坦表面。27.如权利要求25所述的二次Zn-MnO2电池，其中该流动辅助型电池Zn阳极包括电沉积Zn和一个集电器，并且其中该电沉积Zn被布置在该集电器上并且与该集电器处于电接触。28.如权利要求25所述的二次Zn-MnO2电池，其中该流动辅助型电池电解质溶液包含基于该非流动电池电解质溶液的总重量，从约Iwt.%至约50wt.%浓度的一种氢氧化物，氢氧化钾，氢氧化钠，氢氧化锂，或其组合，并且其中该流动辅助型电池电解质溶液包含从约Og/L至约200g/L的量的ZnO。29.如权利要求25所述的二次Zn-MnO2电池，其中该流动辅助型二次Zn-MnO 2电池被配置成使该流动辅助型电池电解质溶液连续地循环通过该流动辅助型电池壳体。30.一种用于产生能量的方法，包括: 使一个非流动二次Zn-MnO2电池放电至一个放电电压以便产生能量，其中该非流动二次Zn-MnO2电池包括: 一个非流动电池壳体， 一个MnO2阴极， 一个非流动电池Zn阳极，以及 一种非流动电池电解质溶液，其中该MnO2阴极、该非流动电池Zn阳极、以及该非流动电池电解质溶液被支撑在该非流动电池壳体内，并且其中该非流动电池Zn阳极的该Zn的至少一部分在该放电期间被氧化； 使该非流动二次Zn-MnO2电池充电至一个充电电压，其中来自该非流动电池Zn阳极混合物的该ZnO的至少一部分在该充电期间被还原成Zn ;并且 重复该流动辅助型二次Zn-MnO2电池的该放电和该充电至少一次，其中该非流动二次Zn-Mn02i池的特征在于等于或大于约5，000次循环的循环寿命。31.如权利要求30所述的方法，其中该MnO2阴极包括一种MnO 2阴极混合物和一个集电器，其中该MnO2阴极混合物与该集电器的一个外表面的至少一部分处于电接触，并且其中该MnOjB极具有基于该MnO 2阴极的该MnO 2阴极混合物的总体积，从约5vol.%至约90vol.%的孔隙率。32.如权利要求30所述的方法，其中该非流动电池Zn阳极包括一种非流动电池Zn阳极混合物和一个集电器，其中该非流动电池Zn阳极混合物与该集电器的一个外表面的至少一部分处于电接触；并且其中该非流动电池Zn阳极具有基于该非流动电池Zn阳极的该非流动电池Zn阳极混合物的总体积，从约5vol.%至约90vol.%的孔隙率。33.如权利要求30所述的方法，其中该非流动电池Zn阳极混合物包含基于该非流动电池Zn阳极混合物的总重量，从约50wt.%至约90wt.%的量的Zn、从约5wt.%至约20wt.%的量的ZnO、从约5wt.%至约20wt.%的量的一种导电材料、以及从约2wt.%至约1wt.%的量的一种粘合剂。34.如权利要求30所述的方法，其中该非流动电池电解质溶液包含基于该非流动电池电解质溶液的总重量，从约Iwt.%至约50wt.%的浓度的一种氢氧化物，氢氧化钾，氢氧化钠，氢氧化锂，或其任何组合。35.如权利要求30所述的方法，其中该非流动二次Zn-MnO2电池在组装时进行充电。36.一种用于产生能量的方法，包括: 使该流动辅助型二次Zn-MnO2电池充电至一个充电电压，其中该流动辅助型二次Zn-MnO2电池包括: 一个流动辅助型电池壳体， 一个MnO2阴极， 一个包括集电器的流动辅助型电池Zn阳极，以及一种流动辅助型电池电解质溶液，其中该MnO2阴极、该流动辅助型电池Zn阳极以及该流动辅助型电池电解质溶液被支撑在该流动辅助型电池壳体内，并且其中在该充电期间来自该流动辅助型电池电解质溶液的ZnO在该流动辅助型电池Zn阳极的该集电器上沉积为电沉积Zn ; 使该流动辅助型二次Zn-MnO2电池放电至一个放电电压以便产生能量，其中该流动辅助型电池Zn阳极的该电沉积Zn的至少一部分在该放电期间被氧化并且转移回到该流动辅助型电池电解质溶液中；并且 使该流动辅助型电池电解质溶液在该充电和该放电期间连续地循环通过该流动辅助型电池壳体。37.如权利要求36所述的方法，进一步包括:使该流动辅助型二次Zn-MnO2电池放电至低于该放电电压的一个最终电压，其中将该流动辅助型电池Zn阳极的该电沉积Zn从该集电器完全除去，并且其中使该流动辅助型电池电解质溶液连续地循环通过该流动辅助型电池壳体在使该流动辅助型二次Zn-Mn02i池放电至低于该放电电压的一个最终电压期间发生。38.如权利要求36所述的方法，其中该MnO2阴极包括一种MnO 2阴极混合物和一个第二集电器；其中该MnO2阴极混合物与该第二集电器的一个外表面的至少一部分处于电接触；其中该MnOjB极具有基于该MnO 2阴极的该MnO 2阴极混合物的总体积，从约5vol.%至约90vol.%的孔隙率。39.如权利要求36所述的方法，其中该流动辅助型电池电解质溶液包含基于该非流动电池电解质溶液的总重量，从约Iwt.%至约50wt.%的浓度的一种氢氧化物，氢氧化钾，氢氧化钠，氢氧化锂，或其任何组合。40.如权利要求36所述的方法，其中该流动辅助型电池电解质溶液包含从约Og/L至约200g/L 的量的 ZnO。
【专利摘要】在一个实施例中，一个二次Zn-MnO2电池包括一个电池壳体、一个MnO2阴极、一个Zn阳极、以及一种电解质溶液。该MnO2阴极、该Zn阳极以及该电解质溶液被布置在该电池壳体内，并且该MnO2阴极包括一种MnO2阴极混合物和一个集电器。该MnO2阴极混合物与该集电器的一个外表面的至少一部分处于电接触，并且该MnO2阴极具有基于该MnO2阴极的MnO2阴极混合物的总体积，从约5vol.％至约90vol.％的孔隙率。
【IPC分类】H01M10/05, H01M10/054
【公开号】CN104885287
【申请号】CN201380068888
【发明人】奈尔什·因加勒, 塔勒·肖尔克拉珀
【申请人】纽约城市大学研究基金会
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2013年11月8日
【公告号】CA2890711A1, EP2917956A1, US20150311503, WO2014074830A1