[发明专利]一种结晶水电池及其制备方法

说明书

本发明提供一种以结晶水合物作为正极活性物质的电池及其制备方法，其中结晶水电池包括正极、负极和隔膜，正极以结晶水合物作为正极活性物质，负极以活泼金属的单质、混合物或其合金作为负极活性物质，隔膜为多孔态膜、凝胶态膜、全固态膜中的任意一种。本发明的结晶水电池以活泼金属作为负极活性物质，与正极活性物质结晶水合物发生氧化还原反应，产生电流向外供能。本发明采用易得、便储的结晶水合物作为正极活性物质，制备方法简单、原料来源广泛、成本低，具有很好的工业化前景。

技术领域

本发明属于化学电源领域，特别涉及一种结晶水电池，具体地说，本发明涉及一种以结晶水合物作为活性物质的电池。

背景技术

化学电源作为一种能源储存和转化的装置，又称为电池。化学电源按其工作方式可分为一次电池或原电池、二次电池或可充电池或蓄电池、储备电池和燃料电池等。随着电子、通讯技术的进步，移动通讯、便携式电器、电动工具等的种类和使用量不断增加，这些都向电池产业提出了更高的要求。

不同的电池结构可以各异，但原则上都是由正、负极和隔膜及电解液等组成。电池中的正极和负极一般由相应的活性物质和一些添加剂组成，尤其是活性物质影响着电池的容量和性能。在锂电池领域中，正极材料性能直接影响了锂电的各项性能指标，且正极材料在锂电池总成本中占据1/3以上的比例，因此正极材料在锂电中占据核心地位。目前，主流的正极材料包括钴酸锂(LCO)、锰酸锂(LMO)、磷酸铁锂(LFP)和三元材料(NCM/NCA)等四大类，就能量密度、成本、安全性、热稳定性和循环寿命来看，它们各有千秋，但都依旧存在不可避免的缺陷。钴等贵金属资源储量有限，导致正极材料价格昂贵；其次，镍、钴、锰等重金属对环境污染严重引起的一系列问题。在燃料电池领域中，多使用铂、钯等贵金属催化剂，致使成本高昂。在上述众多影响因素里，不难看出在现今电池发展进程中，制造成本和使用成本过高，是限制高性能电池难以大规模推广使用最为关键的主导因素。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有电池体系中正极活性材料来源有限，价格高，从而提供一种以结晶水作为正极活性材料的电池。

结晶水合物中的水有两种不同的结合方式，一种作为配体，配位在金属离子上，称为配位结晶水；另一种是结合在阴离子上，称为阴离子结晶水。结晶水合物中的水呈固体状态，以其作为活性物质，有利于简化电池结构，降低成本。

本发明所采用的技术方案为：提供一种结晶水电池，包括正极、负极和隔膜。

所述的正极以结晶水合物作为正极活性物质。

所述的负极以活泼金属的单质、混合物或其合金作为负极活性物质。

所述的隔膜可以为多孔态膜、凝胶态膜、全固态膜中的任意一种。

进一步优化的，结晶水合物由固态化合物和其结晶水组成，所述固态化合物为酸、碱、盐中的一种或多种的复合物或混合物；其中，所述酸包括柠檬酸、肌酸、草酸、1,5-萘二磺酸、杂多酸、钛酸、硼酸中的任意一种或多种；所述碱为碱金属、碱土金属、过渡金属的氢氧化物，包括锂、钠、钾、铷、铯、铍、镁、钙、锶、钡、铝、钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌的氢氧化物，中任意一种或多种；所述盐为金属离子或铵根离子与酸根离子或非金属离子结合的化合物，包括硫酸盐、碳酸盐、卤化物、硫代硫酸盐、磷酸盐、氟磷酸盐、硝酸盐、铬酸盐、钛酸盐、硼酸盐、杂多酸盐中的任意一种或多种；所述结晶水合物还可以是酸碱盐组成的复合物，包括铜、镁、钙、锶、锌、钡、钒、铬、锰、铁、钴、镍的碱式碳酸盐；也可以是含有结晶水的氧化物或硫化物，包括含结晶水的褐铁矿Fe₂O₃·xH₂O。

进一步优化的，结晶水电池的正极还包括导电剂、粘结剂和集流体，所述正极是由活性材料物质、导电剂和粘结剂的混合物负载于集流体上而形成。