CN101986453B - 铁高铁碱性电池 - Google Patents

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Abstract

本发明的铁高铁碱性电池，是根据高铁电池的正极材料的化学电源的水溶液体系只能是浓的强碱水溶液的特性提出的；其包括外壳、正极、负极、碱性电解液以及置于正负极之间的隔膜；负极材料为铁负极，正极材料为高铁酸盐，电解液为NaOH或KOH水溶液，其正极材料和电解液组成：NaOH或KOH水溶液电解液为10-15％，高铁酸盐与二硼化镁或其衍生化合物构成的正极材料为85-90％；其构成的电池开路电压在1.6V-1.65V，工作电压在1.2V-1.5V，比现有技术的一次电池高0.1-0.15V，而且放电平稳、无污染、安全、性能优良，85％以上的放电时间在1.2-1.5V。

Description

铁高铁碱性电池
技术领域
本发明属于一种电池，特别是高铁碱性电池。
背景技术
高铁作为电池的正极材料时，该电极反应为三电子反应，电池的电势以及能量都比传统的锌锰电池高。而且这种材料价格低廉对环境无污染，因此受到电化学界的广泛注意。
高铁酸盐物质在电池反应中可以得到3个电子，所以有相对较高的容量。
高铁酸锂的理论容量高达601Ah/kg。高铁酸钡的理论容量也有313Ah/kg。而MnO2的容量为308Ah/kg。以高铁酸盐为正极材料取代商业锌锰电池中的MnO2即可组成高铁一次电池。其电池反应为：
MFeO4+3/2Zn→1/2Fe2O3+1/2ZnO+MznO2
在高铁电池中，可作为电池负极的材料也很多，包括锌、铝、铁、镉和镁等。
目前国内外研究的铁电池有高铁和锂铁两种，高铁电池是以合成稳定的高铁酸盐(K2FeO4、BaFeO4等)，可作为高铁电池的正极材料来制作能量密度大、体积小、重量轻、寿命长、绿色无污染。高铁酸盐放电后的产物为FeOOH或Fe2O3-H2O，无毒无污染，对环境友好。不需要回收。由于高铁酸盐导电性能特点，现有技术的高铁电池还存在不够成熟的不足，尚未广泛生产应用。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，以及高铁电池的正极材料，而高铁酸盐的可溶性比较差，其高铁酸盐为正极材料的化学电源的水溶液体系只能是浓的强碱水溶液的特性；提出一种铁高铁碱性电池。
本发明的铁高铁碱性电池，包括外壳、正极材料、负极材料、碱性电解液以及置于正负极之间的隔膜；负极材料为铁负极，电解液为6-9mol/L的NaOH或KOH水溶液，其正极材料和电解液组成以重量百分比计：电解液：6-9mol/L的NaOH或KOH水溶液为10-15％，正极材料为85-90％，辅助材料粘合剂为0-3％；其特征在于：所述正极材料以重量百分比计，由95-99.5％的高铁酸盐与0.5-5％的超导体Bi-Sr-Ca-Cu-O化合物构成。
所述高铁酸盐可选用常规K2FeO4、常规BaFeO4、常规K2FeO4和常规BaFeO4的高铁酸盐混合物、常规高铁酸盐和纳米高铁酸盐的混合物的其中之一；所述常规高铁酸盐和述纳米高铁酸盐混合物，其中纳米高铁酸盐为BaFeO4或K2FeO4或BaFeO4和K2FeO4混合物的纳米材料之一。
所述超导体Bi-Sr-Ca-Cu-O化合物为纳米级物料。
所述铁负极为现有技术碱性电池的铁负极配方和材料。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明的铁高铁碱性电池，开路电压在1.6V-1.65V，工作电压在1.2V-1.5V，比现有技术的一次电池高0.1-0.15V，而且放电平稳、无污染、安全、性能优良，85％以上的放电时间在1.2-1.5V。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明，但本发明的实施方式不限于此。
图1——电池结构示意图
图2——电池制造工艺流程图
图中：金属顶帽(1)，塑料套筒(2)，负极(3)，钢壳(4)，金属外套(5)，隔离层(6)，正极材料环(7)，负极集流拄(8)，塑料底(9)，金属底盖绝缘垫圈(10)。
具体实施方式
本发明的铁高铁碱性电池，可采用现有技术的原料、产品进行制造。
本发明的铁高铁碱性电池，其电池结构与现有技术的一样，如图1所示，由金属顶帽(1)，塑料套筒(2)，负极(3)，钢壳(4)，金属外套(5)，隔离层(6)，正极材料环(7)，负极集流拄(8)，塑料底(9)，金属底盖绝缘垫圈(10)组合构成。
本发明的铁高铁碱性电池，其电池制造工艺流程与现有技术的一样，如图2(工艺流程图)所示。
工艺流程中，正极材料混合用的NaOH或KOH水溶液量，可按现有技术的一般比例规程进行，无须特别控制，也可按配方中总量NaOH或KOH水溶液计，取10-25％加入；负极材料材料混合用NaOH或KOH水溶液量，可按现有技术的一般比例规程进行，无须特别控制，也可按配方中总量NaOH或KOH水溶液计，取5-20％加入。剩余NaOH或KOH水溶液用于组装时加入。辅助材料粘合剂可为现有技术的常用的淀粉类、CMC，聚乙烯醇等，可根据需要以控制在0-3％以内为佳。
铁负极采用现有技术的碱性电池铁负极配方和材料。
正极材料，以重量百分比计，由95-99.5％的高铁酸盐与0.5-5％的超导体Bi-Sr-Ca-Cu-O化合物经球磨混合获得。(其高铁酸盐可选用常规K2FeO4、常规BaFeO4、常规K2FeO4和常规BaFeO4的高铁酸盐混合物、常规高铁酸盐和纳米高铁酸盐的混合物的其中之一；所述常规高铁酸盐和纳米高铁酸盐混合物，其中纳米高铁酸盐为BaFeO4或K2FeO4或BaFeO4和K2FeO4混合物之一的纳米材料。
本发明的铁高铁碱性电池，按现有技术的方法进行放电试验，其放电结果，开路电压在1.6V-1.65V，工作电压在1.2V-1.5V，放电平坦，85％以上的放电时间在1.2-1.5V。

Claims (3)

1.一种铁高铁碱性电池，包括外壳、正极材料、负极材料、碱性电解液以及置于正负极之间的隔膜；负极材料为铁负极，电解液为6-9mol/L的NaOH或KOH水溶液，其正极材料和电解液组成以重量百分比计：电解液：6-9mol/L的NaOH或KOH水溶液为10-15％，正极材料为85-90％，辅助材料粘合剂为0-3％；其特征在于：所述正极材料以重量百分比计，由95-99.5％的高铁酸盐与0.5-5％的超导体Bi-Sr-Ca-Cu-O化合物构成。
2.根据权利要求1所述的铁高铁碱性电池，所述高铁酸盐，其特征在于：所述高铁酸盐为常规K2FeO4、常规BaFeO4、常规K2FeO4和常规BaFeO4的高铁酸盐混合物、常规高铁酸盐和纳米高铁酸盐的混合物的其中之一；所述常规高铁酸盐和述纳米高铁酸盐的混合物，其中纳米高铁酸盐为BaFeO4、K2FeO4、BaFeO4和K2FeO4混合物的纳米料之一。
3.根据权利要求1所述的铁高铁碱性电池，其特征在于：所述超导体Bi-Sr-Ca-Cu-O化合物为纳米物料。 
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Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Xingwen Yu,et al..High capacity alkaline super-iron boride battery..《Electrochimica Acta.》.2007,第52卷第8138-8143页. *

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