[发明专利]一种以含碘的离子液体为正极活性物质的电池及其组装方法

说明书

本发明涉及一种以含碘的离子液体为正极活性物质的电池及其组装方法，所述电池包括由阳离子交换膜隔开的正极室和负极室；所述正极室的电解液中包括含碘的离子液体，所述负极室中注入有离子液体电解液。本发明中所述含碘的离子液体是通过碘单质与有机盐反应得到的。本发明采用离子液体作为电解液，以含碘的离子液体作为正极活性物质，以铝或镁作为负极，铝、镁电极在离子液体中不存在钝化膜，因此具有较高的可逆性；本发明是一种廉价、环保、高能量比的电池体系。

技术领域

本发明涉及二次电池领域，具体涉及一种电池及其组装方法，尤其涉及一种以含碘的离子液体为正极活性物质的电池及其组装方法。

背景技术

锂离子电池曾被认为是电动汽车最具开发潜力的动力电池；然而，随着镍、钴、锂等贵金属的开发，锂离子动力电池原材料大幅度上涨，目前，电池级碳酸锂价格与2014年底相比，价格上涨了4倍多，严重制约了新能源车辆的推广与应用；锂离子动力电池安全性差，回收经济效益差也是制约其发展的重要因素。因此，研发、生产廉价、环境友好、能量密度高的二次电池一直是会被广泛关注的。

卤素与廉价金属铝、镁是在自然界广泛存在的元素，从电化学原理上，卤素可以与各种金属分别作为正、负电极组成电池；铝、镁在理论上作为负极材料分别有2980Ah/Kg和2206Ah/Kg的高容量，与标准氢电极相比，具有非常低的电势(分别为-1.66V和-2.37V)，基于卤素、铝、镁的电池是非常吸引人的。但是，在有水的体系中，铝、镁作为电极存在严重的析氢反应；在有机体系中，铝、镁存在较厚的钝化膜，Al³⁺、Mg²⁺离子要穿过钝化膜迁移到电解液中是很缓慢的，所以铝、镁电极表现出动力学上的迟缓和不活泼性，这些原因制约了它们的应用。

本发明采用离子液体作为电解液，以含碘的离子液体作为正极活性物质，以铝或镁作为负极，铝、镁电极在离子液体中不存在钝化膜，因此具有较高的可逆性，本发明是一种廉价、环保、高能量比的电池体系。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种电池及其组装方法，特别是一种以含碘的离子液体为正极活性物质的电池及其组装方法。

为达此目的，本发明采用了以下技术方案：

在第一方面，本发明提供了一种电池，其包括由阳离子交换膜隔开的正极室和负极室；所述正极室的电解液中包括含碘的离子液体，所述负极室中注入有离子液体电解液。

本发明中，采用阳离子交换膜把正负极隔开形成正极室和负极室，正极插入正极室，将含碘的离子液体注入正极室内，作为正极活性物质；离子液体电解液注入负极室，金属Al或金属Mg片浸入该离子液体电解液中，作为负极，构置成新型电池。

本发明的电池放电时，正极的碘得到电子，碘变成碘离子进入电解液；如果负极采用铝金属，负极铝金属失去电子，变成铝离子，并与电解液中的碘离子结合成碘化铝，溶解在电解液中；同样的，如果负极采用镁金属，化学反应相类似。本发明的电池充电态，碘单质是一种液体，并且会络合大量的Z-阴离子，形成离子液体，也就是本发明所述的含碘的离子液体，这时候，正极的活性材料(含碘的离子液体)会迁移到负极，并且与负极的金属产生放电反应，因此必须阻止碘的迁移。本发明提供的电池通过采用一种阳离子交换膜来阻止含碘的离子液体向负极迁移，从而实现储存电能。

本发明所述的“包括”，意指其除所述组分外，还可以包括其他组分，这些其他组份赋予所述电池不同的特性。除此之外，本发明所述的“包括”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……组成”。

根据本发明，所述含碘的离子液体是通过碘单质(碘素)与有机盐反应得到的。

本发明提供的含碘的离子液体是作为一种新型的化学体系，以液体的形式存在于电池的正极活性材料中的。通过将该含碘的离子液体添加到正极活性材料中，从而使制得的二次电池拥有更高的比能量，实现快速充放电，延长循环寿命，并且原材料成本低。