CN102386433A

CN102386433A - 一种二次电池

Info

Publication number: CN102386433A
Application number: CN2010102737620A
Authority: CN
Inventors: 徐亮良
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-09-06
Filing date: 2010-09-06
Publication date: 2012-03-21

Abstract

一种二次电池，属于电学领域，是化学能和电能相互转换的装置，特别是一种二次电池，即蓄电池。针对公知的二次电池，或者存在能量密度低，或者存在使用寿命短，或者存在成本高，或者存在自放电现象较严重，或者存在环境污染，或者存在安全性差的问题，提出了新的技术解决方案。其主要技术特征是，正极活性物质为[A]x[B]y[C]z，负极活性物质为[A]₂Zn(CSN)₄，本二次电池具有广泛用途。

Description

一种二次电池

技术领域

本发明涉及一种化学能和电能相互转换的装置，属于二次电池领域，即蓄电池领域，主分类号为H01M。

背景技术

目前公知的二次电池，即蓄电池，以铅酸蓄电池和锂离子系列蓄电池占据市场主流。铅酸蓄电池从1859年发明到现在，已有近150年历史，其优点是价格较低，放电电压较平稳，缺点是实际比能量太小，只有30--40W.h/kg，使用寿命短；循环充放电次数一般在300次左右，自放电现象较严重，容易产生氢气，还有存在铅污染。

锂离子系列蓄电池具有输出电压高，自放电小，能量密度较高等优点，其包括多个品种，如钴酸锂蓄电池，锰酸锂蓄电池，铁酸锂蓄电池，磷酸铁锂蓄电池等等，其主要原料是锂，锂在地壳中含量很少，开采成本很高，从长远角度看，锂系列蓄电池并不具有长久优势。钴酸锂蓄电池成本太高，已逐步退出市场，其他几种锂离子蓄电池，成本虽然低于钴酸锂蓄电池，但受制于锂成本太高，故降价空间有限，并且还面临安全性问题，至今没有彻底解决。

占有市场份额较小的其它二次电池还有：

镍镉蓄电池，存在污染问题，各国开始禁止。镍氢蓄电池，输出电压太低，只有1.2V左右，记忆效应给镍氢电池的使用带来不便，记忆效应是指在电池充放电过程中，会在电池极板上产生许多小气泡，时间一久，这些气泡会减少电池极板的面积，也间接影响电池的容量，镍氢电池的记忆效应和充电发热等方面的问题直接影响到该电池的使用，除此以外，镍氢电池自放电率高、导电率低，比能量太小。银锌蓄电池，自放电现象严重，循环充放电次数只有几十次，成本太高。钒液流蓄电池和锌溴液流蓄电池，结构太复杂，体积庞大，需要多个储存罐，还需要耐腐蚀的电力泵，成本太高。钠硫蓄电池，需要在高温下工作，需要加热器。

锌锰二次电池，成本极低，其正极活性物质为二氧化锰，负极活性物质为金属锌，该电池自放电严重，极易析氢，原因是，该电池溶剂为水，锌极易和水分子中的氢氧根离子结合，多余的氢离子夺取锌的电子，变成氢原子，两个氢原子结合，变成氢气。另外，该电池输出电压较低，只有1.5V左右，正极二氧化锰导电性差，无法实现大电流放电。

发明内容

本发明的任务和目的是，针对公知的二次电池，即蓄电池，或者存在成本高，或者存在自放电现象较严重，或者存在使用寿命短，或者存在比能量低，或者存在环境污染，或者存在安全性差，或者输出电压太低的问题，提出了新的技术解决方案，提供了一种成本低廉，自放电小，使用寿命较长，比能量较高，绿色环保，无毒无污染，安全性好，输出电压适中的二次电池。

一种二次电池，包括正极和负极，充电时，负极活性物质发生还原反应，正极活性物质发生氧化反应，放电时，负极活性物质发生氧化反应，正极活性物质发生还原反应，其特征是，正极活性物质为化学通式[A]x[B]y[C]z的物质，其中A包括化学元素Na，K中的至少一种，B包括化学元素Fe，Mn，Al，V，Sb，Sn，Pb，Ni，Ti，Cu，Co中的至少一种，C包括PO₄ ^3-，SO₄ ^2-，SO₃ ^2-，O^2-，S^2-，C₂O₄ ^2-，CSN^-，C₆H₅O^-中的至少一种，x为0--4，y为1--2，z为1--6，负极活性物质包括[A]₂Zn(OH)₄，[A]OH，[A]CSN，[A]₂Zn(CSN)₄，Zn中的至少一种，其中A包括化学元素Na，K中的至少一种。

其特别之处是，正极活性物质包括FePO₄，NaFePO₄，KFePO₄，NaFeO₂，Na₂FeO₄，K₂FeO₄，FeO₂，Sb₂O₃，V₂(PO₄)₃，KFeO₂，Na₃Fe(C₆H₅O)₆，Na₃Fe(CSN)₆，FeC₂O₄，Na₃Fe(C₂O₄)₃，Na₃V₂(PO₄)₃，SnO₂中的至少一种。

其特别之处是，负极活性物质为K₂Zn(CSN)₄或KCSN+Zn。

其特别之处是，正极活性物质或负极活性物质中还添加有导电剂和粘结剂和非水有机溶剂。

其特别之处是，正极活性物质或负极活性物质中还添加有化合物SnO₂，CuS，PbO₂，SiO₂，B(OH)₃的一种或数种。

该二次电池是这样工作的：充电时，正极活性物质发生氧化反应，负极活性物质发生还原反应，正极的碱金属离子向负极移动，负极的锌离子还原成锌原子，并沉积在电极上，正负极电压差增大。放电时，正极活性物质发生还原反应，负极活性物质发生氧化反应，负极的碱金属离子向正极移动，负极的锌原子氧化成锌离子，正负极电压差缩小。

本发明的优点和积极效果是：1，成本极低，该二次电池主要原材料为价廉易得的锌化合物，钾化合物，钠化合物，磷化合物，铁化合物等，比锂离子电池的原材料成本，低了许多倍！比铅酸蓄电池的二氧化铅成本还要低。2，安全性极佳，纯锌板即使放在空气中也不会燃烧！该二次电池绝对不会爆炸，而锂就不行。3，环保性极佳，该二次电池中的锌，钠，钾，磷，铁等都是人体必需元素，人体缺锌，导致性功能衰退，缺钠，缺钾，导致人体新陈代谢紊乱，缺磷导致智力低下，缺铁导致贫血。而铅酸蓄电池中铅会导致人体中毒！4，比能量高，比能量比较高的锂离子电池，锂在负极石墨中的脱嵌和入嵌，每6个碳原子只能接受一个锂原子，导致其比能量受到限制，而本二次电池中的锌，在负极是直接沉积在电极上，所以，比能量较高。5，自放电小，锂离子蓄电池的正极活性物质是固体状态，而不是溶解状态，锂离子进出采用脱嵌入嵌方式，这种状态和工作方式是导致锂离子蓄电池自放电小的主要原因，本二次电池的正极活性物质和锂离子蓄电池正极活性物质同一类型，工作方式也是脱嵌入嵌方式，所以，自放电也极小，另外，本二次电池采用的是非水有机溶剂，负极没有水，因此，避免了负极自放电析氢。6，使用寿命长，循环充放电次数在1000次以上，锂离子蓄电池，锂在负极石墨中的反复脱嵌和入嵌，导致石墨粉化，这是锂离子蓄电池寿命缩短的主要原因，本二次电池不存在这个原因，而且，锌的氧化还原可逆性较好，所以，寿命要大于锂离子蓄电池。7，输出电压适中，本二次电池正极能提供0.7V左右的电势，负极能提供负1.3V左右的电势，合计能提供2V左右的电势，因此，不算太低。本二次电池的大多数技术经济指标，明显优于目前占据市场主导地位的铅酸蓄电池和锂离子蓄电池，因此，能够部分替代铅酸蓄电池和锂离子蓄电池，具有明显经济效益。

正负极与阴阳极之间没有一定的对应关系，也就是说，正极上可以发生氧化反应，也可以发生还原反应，负极也是一样，正极到底是阳极还是阴极，取决于当时二次电池的工作状态，是充电还是放电。充电时，正极为阳极，负极为阴极。放电时，正极为阴极，负极为阳极。也就是说，二次电池的正负极始终是存在的，而阴阳极只有在反应发生时才存在，并且需要根据反应的性质来判断阴阳极。查阅有关二次电池的专利状况时发现，这方面概念相当混乱，已公布的专利，其权利要求书有的采用阴阳极概念，很容易引起专利纠纷，所以在这里作一个详细说明，并非画蛇添足。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例：本二次电池正极活性物质采用NaFePO₄，然后和粘结剂，有机溶剂，导电剂互相混合，成为正极浆料，然后涂布于正极集流体上，然后分切，然后焊接极耳，成为正极极片；负极活性物质采用Na₂Zn(CSN)₄，和粘结剂，有机溶剂，导电剂互相混合，成为负极浆料，然后涂布于负极集流体上，然后分切，然后焊接极耳，成为负极极片；然后把正极极片和隔膜和负极极片交错叠合，然后卷绕，然后装入电池壳，注液，封口，化成，分选，检测，老化，成品入库。

Claims

1.一种二次电池，包括正极和负极，充电时，负极活性物质发生还原反应，正极活性物质发生氧化反应，放电时，负极活性物质发生氧化反应，正极活性物质发生还原反应，其特征是，正极活性物质为化学通式[A]x[B]y[C]z的物质，其中A包括化学元素Na，K中的至少一种，B包括化学元素Fe，Mn，Al，V，Sb，Sn，Pb，Ni，Ti，Cu，Co中的至少一种，C包括PO₄ ^3-，SO₄ ^2-，SO₃ ^2-，O^2-，S^2-，C₂O₄ ^2-，CSN^-，C₆H₅O中的至少一种，x为0--4，y为1--2，z为1--6，负极活性物质包括[A]₂Zn(OH)₄，[A]OH，[A]CSN，[A]₂Zn(CSN)₄，Zn中的至少一种，其中A包括化学元素Na，K中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的一种二次电池，其特征是，正极活性物质包括FePO₄，NaFePO₄，KFePO₄，NaFeO₂，Na₂FeO₄，K₂FeO₄，FeO₂，Sb₂O₃，V₂(PO₄)₃，KFeO₂，Na₃Fe(C₆H₅O)₆，Na₃Fe(CSN)₆，FeC₂O₄，Na₃Fe(C₂O₄)₃，Na₃V₂(PO₄)₃，SnO₂中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种二次电池，其特征是，负极活性物质为K₂Zn(CSN)₄或KCSN+Zn。

4.根据权利要求1所述的一种二次电池，其特征是，正极活性物质或负极活性物质中还添加有导电剂和粘结剂和非水有机溶剂。

5.根据权利要求1所述的一种二次电池，其特征是，正极活性物质或负极活性物质中还添加有化合物SnO₂，CuS，PbO₂，SiO₂，B(OH)₃的一种或数种。