一種水系對(duì)稱電池電極材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水系對(duì)稱電池電極材料，電極材料的表示形式為AxByCz，A和B為過渡金屬元素，C為非貴金屬元素或原子團(tuán)，且1≤x≤6，1≤y≤6，z﹥0；至少有兩種元素A和B在電化學(xué)反應(yīng)過程中發(fā)生價(jià)態(tài)變化，且發(fā)生價(jià)態(tài)變化所對(duì)應(yīng)的氧化還原反應(yīng)具有不同的電極電勢(shì)，從而使其用作對(duì)稱電池的正負(fù)極材料時(shí)可產(chǎn)生一定的電壓，其中元素A和B為過渡金屬元素，C為非貴金屬元素或原子團(tuán)。本發(fā)明設(shè)計(jì)的水系對(duì)稱電池采用兩個(gè)相同的電極分別用作電池的正、負(fù)極，生產(chǎn)電池所需的電極加工和制作工藝及其相關(guān)設(shè)備僅需要一套，可以大大降低企業(yè)投入生產(chǎn)門檻。
【專利說明】
一種水系對(duì)稱電池電極材料
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域，涉及一種水系對(duì)稱電池電極材料的設(shè)計(jì)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]相對(duì)于有機(jī)系電池，水系電池更安全、環(huán)保。但是傳統(tǒng)的水系電池均是非對(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，即正、負(fù)極采用不同的電極材料，這勢(shì)必增加材料工藝制作成本。而水系對(duì)稱電池由于正負(fù)極采用相同電極材料，使其具有制作工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，安全性高等優(yōu)點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)推廣應(yīng)用。
[0003]傳統(tǒng)的非對(duì)稱電池正負(fù)極之間具有一定的電壓是基于正負(fù)極不同的電極材料發(fā)生氧化還原反應(yīng)時(shí)具有不同的電極電勢(shì)，其中正極材料具有較高的氧化還原電極電勢(shì)，負(fù)極材料具有較低的氧化還原電極電勢(shì)。所以對(duì)稱電池正負(fù)極之間要產(chǎn)生一定的電壓差，則要求其電極材料的物質(zhì)組成至少含有兩種不同的元素，且各元素發(fā)生價(jià)態(tài)變化所對(duì)應(yīng)的氧化還原反應(yīng)具有不同的電極電勢(shì)。過渡金屬元素因最外層s電子和次外層d電子均可參與成鍵，常有多種氧化態(tài)，因此是對(duì)稱電池電極材料設(shè)計(jì)的重要組成元素。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在設(shè)計(jì)一種水系對(duì)稱電池的電極材料，使其可以很好地應(yīng)用于水系對(duì)稱電池。
[0005]本發(fā)明的一種水系對(duì)稱電池的電極材料，組成電極材料的物質(zhì)AxByCz( l<x<6，1 <y<6，z>0)中，A和B為過渡金屬元素，C為非貴金屬元素或原子團(tuán)。在電化學(xué)反應(yīng)過程中， 電極材料物質(zhì)43#2(1<1<6，1<7<6,2>0)中至少有兩種元素4和8發(fā)生價(jià)態(tài)變化，8卩八被氧化成其氧化態(tài)A^B被還原成其還原態(tài)BR，且電極對(duì)AVA和8作[?具有不同的電極電勢(shì)。
[0006]所述的電極材料AxBy Cz (1彡X彡6，1彡y彡6，Z > 0)充電后在正負(fù)極分別以AQxBy Cz (1 <x<6, Ky<6，z>0)和AxBRyCz(Kx<6, Ky<6，z>0)形式存在。[〇〇〇7]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0008]本發(fā)明所設(shè)計(jì)的電極材料AxByCz (1彡x彡6，l<y彡6，z>0)，充放電過程中利用A與其氧化態(tài)A13和B與其還原態(tài)BR之間的轉(zhuǎn)化，分別產(chǎn)生一個(gè)高電壓和一個(gè)低電壓平臺(tái)，獲得一定的電池電動(dòng)勢(shì)。
[0009]本發(fā)明設(shè)計(jì)的水系對(duì)稱電池采用兩個(gè)相同的電極分別用作電池的正、負(fù)極，生產(chǎn)電池所需的電極加工和制作工藝及其相關(guān)設(shè)備僅需要一套，可以大大降低企業(yè)投入生產(chǎn)門檻。在電池的實(shí)際生產(chǎn)中，非對(duì)稱電池有時(shí)存在正、負(fù)極活性材料荷電狀態(tài)不一致的情況， 就必須對(duì)單個(gè)電極或兩個(gè)電極分別充電使電池的正、負(fù)極均為充電態(tài)。而對(duì)稱電池只需一次性對(duì)電池充電就可正常使用。因此，對(duì)稱電池的充電化成更簡(jiǎn)單?！靖綀D說明】
[0010]圖1為水系對(duì)稱電池在50mV/s掃速下的循環(huán)伏安曲線(實(shí)施例1)。
[0011]圖2為水系對(duì)稱電池在0.5A/g電流密度下的充放電曲線(實(shí)施例1)。
[0012]圖3為水系對(duì)稱電池在0.5A/g的電流密度下、500次充放電的放電容量曲線(實(shí)施例1)〇【具體實(shí)施方式】
[0013]以下結(jié)合實(shí)施例旨在進(jìn)一步說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。
[0014] 實(shí)施例1[0〇15]以附？62〇4為電極活性物質(zhì)，？1?￡為粘結(jié)劑，乙炔黑為導(dǎo)電劑，按質(zhì)量比80:10:10制成電極片。用兩片同樣的電極片分別做電池的正極和負(fù)極，以6mol/L的K0H水溶液為電解液，對(duì)稱電池可正常充放電。
[0016] 實(shí)施例2[〇〇17]以0^2〇4為電極活性物質(zhì)，？1?￡為粘結(jié)劑，乙炔黑為導(dǎo)電劑，按質(zhì)量比80:10:10制成電極片。用兩片同樣的電極片分別做電池的正極和負(fù)極，以6mol/L的K0H水溶液為電解液，對(duì)稱電池可正常充放電。
[0018] 實(shí)施例3[〇〇19]以1^112〇4為電極活性物質(zhì)，？1?￡為粘結(jié)劑，乙炔黑為導(dǎo)電劑，按質(zhì)量比80:10:10制成電極片。用兩片同樣的電極片分別做電池的正極和負(fù)極，以6mol/L的K0H水溶液為電解液，對(duì)稱電池可正常充放電。
[0020] 實(shí)施例4[〇〇21]以N1-Fe-LDH(雙金屬氫氧化物)為電極活性物質(zhì)，PTFE為粘結(jié)劑，乙炔黑為導(dǎo)電劑，按質(zhì)量比80:10:10制成電極片。用兩片同樣的電極片分別做電池的正極和負(fù)極，以 6mol/L的K0H水溶液為電解液，對(duì)稱電池可正常充放電。[〇〇22] 實(shí)施例5[〇〇23]以Co-Fe-LDH(雙金屬氫氧化物)為電極活性物質(zhì)，PTFE為粘結(jié)劑，乙炔黑為導(dǎo)電劑，按質(zhì)量比80:10:10制成電極片。用兩片同樣的電極片分別做電池的正極和負(fù)極，以 6mol/L的K0H水溶液為電解液，對(duì)稱電池可正常充放電。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種水系對(duì)稱電池電極材料，其主要特征在于:組成電極材料物質(zhì)的形式為AxByCz， 其中，A和B為過渡金屬元素，C為非貴金屬元素或原子團(tuán)，且l<X<6，l<y<6，Z>0;在電化 學(xué)反應(yīng)過程中，電極材料物質(zhì)AxByCz中至少有兩種元素A和B發(fā)生價(jià)態(tài)變化，S卩A被氧化成其 氧化態(tài)A'B被還原成其還原態(tài)BR，且電極對(duì)AVA和8作[?具有不同的電極電勢(shì)。2.根據(jù)權(quán)利1所述的水系對(duì)稱電池電極材料，其特征在于:所述的電極材料AxByCz充電 后在正負(fù)極分別以AlByCz和AxBRyCz形式存在。
【文檔編號(hào)】H01M10/24GK106025264SQ201610427912
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月16日
【發(fā)明人】劉洪濤, 劉文靜, 徐夢(mèng)瑩, 劉茜
【申請(qǐng)人】中南大學(xué)