含水系电解液的高电压电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉一种电池及其制作方法，特别涉及一种含水系电解液的高电压电池及其制作方法。
【背景技术】
[0002]随着电子时代的到来，人们对化学电源的需求越来越大，对其性能的要求也越来越高。目前，以水溶液为电解液的电池工作电压几乎都在2.0V以下，而以有机溶液为电解质的电池大多存在安全隐患。普通的碳锌电池不仅工作电压低能量密度也低，碱性锌锰电池具有相对优良的电化学性能和较高的性价比，但其工作电压一般低于1.5V。锂离子电池工作电压较高但价格昂贵，由于使用有机溶剂作为电解液，电池在使用中也存在安全隐患。本发明的目的在于提供一种含水系电解液的高电压电池制作方法。
【发明内容】
[0003]含水系电解液的高电压电池，设计电池利用的原理是采用合适的隔膜让负极反应和正极反应发生发生在不同的环境下，使负极反应具有较低还原电位，正极反应具有较高的氧化电位，电池具有较高的工作电压。含水系电解液的高电压电池负极活性物质选用具有较低还原电位的物质，如Zn、Mg、Al、Fe、S1、S、亚硫酸盐、亚磷酸盐、次磷酸盐、硼氢化物等。负极使用的电解液优先选用碱性水溶液，如一定浓度的L1H溶液、NaOH溶液、KOH溶液、Ca (OH) 2溶液、氨水、Na 20)3溶液等，或者是几种碱性溶液的混合溶液。含水系电解液的高电压电池正极活性物质选用具有较高氧化电位的物质，如Mn02、PbO2、镍氧化物、钴氧化物、次溴酸盐、次氯酸盐、碘酸盐、溴酸盐、氯酸盐、高锰酸钾、高铁酸盐、碘、02、H202等。正极电解液优先选用酸性水溶液，如一定浓度的H2SO4溶液、HCl溶液、H 3P04溶液、HNO 3溶液、铵盐溶液等，或者是几种酸性溶液的混合溶液。正、负极其中一极使用的电解液也可以是有机溶液，溶剂可以选用DMSO、DMF、乙醇，乙腈等，或者是几种有机溶剂的混合溶液；溶质可以选用L1H、NaOH, Κ0Η、氯化物、高氯酸盐、硼酸盐、乙酸盐等，或者是几种盐混合使用。电解液中使用的支持电解质可以是硫酸盐、硝酸盐、氯化物、铵盐等。使用阳离子交换膜或阴离子交换膜或能够隔离电解液且导通离子的装置作为隔膜，使正、负极电解液隔离开。
[0004]本发明有益效果是:采用合适的隔膜让负极反应和正极反应发生发生在不同的环境下，从而使负极反应具有较低还原电位，正极反应具有较高的氧化电位，电池具有较高的工作电压。使用的隔膜能够回收利用，电池也具有较高的性价比。
【具体实施方式】
[0005]
实施例1 负极:Zn ；
负极电解液:4mol/L NaOH和0.5mol/L Na2SOz^合溶液； 正极:Μη02: super P L1: PVDF=90:5:5;
正极制作方法:将二氧化锰、导电剂(super P Li)、粘结剂(PVDF)按照质量比90: 5:
5混合，再用合适是溶剂调浆，搅拌均匀之后涂布在特定的集流体上烘干即可；
正极电解液:lmol/L H2SOjP 0.5mol/L Na #04混合溶液；
隔膜=Naf1n — Na+ (钠离子交换膜)。
[0006]电池在123.2mA/g_2电流密度下放电到1.1V，放电中压为2.52V，容量达到500mAh/g Mn02o放电曲线见附图1。
[0007]实施例2 负极:Zn ；
负极电解液:8mol/L氨水和0.5mol/L Na2SOjg合溶液；
正极:Mn02: super P L1: PVDF=90:5:5;
正极制作方法:将二氧化锰、导电剂(super P Li)、粘结剂(PVDF)按照质量比90: 5:
5混合，再用合适是溶剂调浆，搅拌均匀之后涂布在特定的集流体上烘干即可；
正极电解液:lmol/L H2SOjP 0.5mol/L Na #04混合溶液；
隔膜=Naf1n — Na+ (钠离子交换膜)。
[0008]电池在246.4mA/gMn02电流密度下放电到1.1V，放电中压为2.32V，容量达到462mAh/gMn02O放电曲线见附图2。
[0009]实施例3 负极:Mg ；
负极电解液:V (DMSO): V(EtOH)=I: 3的饱和NH4Cl溶液;
正极:Mn02: super P L1: PVDF=90:5:5;
正极制作方法:将二氧化锰、导电剂(super P Li)、粘结剂(PVDF)按照质量比90: 5:
5混合，再用合适是溶剂调浆，搅拌均匀之后涂布在特定的集流体上烘干即可；
正极电解液:lmol/L H2SOjP 0.5mol/L Na #04混合溶液隔膜=Naf1n — Na+ (钠离子交换膜)。
[0010]电池在60mA/g _2电流密度下放电曲线见附图3。
[0011]实施例4 负极:Zn ；
负极电解液:3mol/L NaOH和0.5mol/L Na2SOz^合溶液；
正极:炭纸；
正极电解液:0.2mol/L KMnO4UmoVL H2SOjP 0.5mol/L Na #04混合溶液；
隔膜=Naf1n — Na+ (钠离子交换膜)。
[0012]电池在200mA/cm2电流密度下放电曲线见附图4。
[0013]实施例5 负极:Zn ；
负极电解液:3mol/L NaOH和0.5mol/L Na2SOz^合溶液；
正极:super P Li: PVDF: Mn02=75: 15: 5 ；
正极制作方法:将导电剂(super P Li )、粘结剂(PVDF)、催化剂(MnO2)按照质量比75: 15: 5混合，再用合适是溶剂调浆，搅拌均匀之后涂布在特定的集流体上烘干即可； 正极电解液:质量分数5% H202、lmOl/L H2SO4^P 0.5mol/L Na #04混合溶液隔膜=Naf1n — Na+ (钠离子交换膜)。
[0014]电池在200mA/cm2电流密度下放电曲线见附图5。
【主权项】
1.含水系电解液的高电压电池，包括正极、负极、隔膜，正极电解液和负极电解液，其特征在于:电池正、负极被合适的隔膜隔开并处于不同的电解液中，即正、负极电化学反应发生在不同的环境下。2.根据权利要求1所述的含水系电解液的高电压电池，其特征在于:正、负极所处的电解液可以是不同的水溶液，也可以是一个电极处与水溶液中，另一电极处于有机电解液中。3.根据权利要求1所述的含水系电解液的高电压电池，其特征在于:负极优先选用碱性电解液，如一定浓度的L1H溶液、NaOH溶液、KOH溶液、Ca (OH) 2溶液、氨水、Na 20)3溶液等，或者是几种碱性溶液的混合溶液。4.根据权利要求1所述的含水系电解液的高电压电池，其特征在于:正极优先选用酸性电解液，如一定浓度的H2SO4溶液、HCl溶液、H 3P04溶液、HNO 3溶液、铵盐溶液等，或者是几种酸性溶液的混合溶液。5.根据权利要求1所述的含水系电解液的高电压电池，其特征在于:使用有机溶液做电解液时，溶剂可以选用DMSO、DMF、NMP、乙醇，乙腈等，或者是几种有机溶剂的混合溶液；溶质可以选用Li0H、Na0H、K0H、氯化物、高氯酸盐、硼酸盐、铵盐、乙酸盐等，或者是几种盐混合使用。6.根据权利要求1所述的含水系电解液的高电压电池，其特征在于:电池中使用的隔膜为阳离子交换膜或阴离子交换膜或其它能够隔离电解液且导通离子的装置。7.根据权利要求1所述的含水系电解液的高电压电池，其特征在于:电解液中使用的支持电解质可以是硫酸盐、硝酸盐、氯化物、铵盐等。8.根据权利要求1所述的含水系电解液的高电压电池，其特征在于:负极活性物质选用具有较低还原电位的物质，如Zn、Mg、Al、Fe、S1、S、亚硫酸盐、亚磷酸盐、次磷酸盐、硼氢化物等。9.根据权利要求1所述的含水系电解液的高电压电池，其特征在于:正极活性物质选用具有较高氧化电位的物质，如Mn02、PbO2、镍氧化物、钴氧化物、次溴酸盐、次氯酸盐、碘酸盐、溴酸盐、氯酸盐、高锰酸钾、高铁酸盐、碘、02、H2O2等。
【专利摘要】本发明公开了一种含水系电解液的高电压电池及其制作方法。电池使用合适的隔膜让负极反应和正极反应发生在不同的环境下，目的是使负极反应具有较低还原电位、正极反应具有较高的氧化电位，从而使电池具有较高的工作电压。电池主要包括正极、负极、正极电解液、负极电解液和隔膜。通过合理选用正负极、隔膜和与正负极相对应的电解液，能够得到工作电压高于2.0V的电池。
【IPC分类】H01M2/16, H01M10/36, H01M10/38
【公开号】CN105140575
【申请号】CN201510498772
【发明人】周飞
【申请人】周飞
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年8月14日