[发明专利]用于使二氧化锰及其多晶型物可逆的方法

说明书

披露了一种形成在电池的阴极中使用的层状二氧化锰的方法，该方法包括将阴极设置到电化学电池单元的外壳中；将阳极设置到该外壳中；将聚合物隔膜设置在该阳极与该阴极之间，使得该阳极与该阴极电分开；将碱性电解质添加至该外壳中；将该电化学电池单元循环到该二氧化锰的第2电子容量；以及形成具有层状二氧化锰结构的层状二氧化锰，其中一种或多种添加剂被掺入到该层状二氧化锰结构中。该阴极包含阴极材料，该阴极材料包括：二氧化锰化合物；选自由铋、铜、锡、铅、银、钴、镍、镁、铝、钾、锂、钙、金、锑、铁、锌以及它们的组合组成的组的一种或多种添加剂；以及导电碳。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年7月28日由Gautam G.Yadav等人提交的名称为“MakingManganese Dioxide and Its Polymorphs Reversible[使二氧化锰及其多晶型物可逆]”的美国临时专利申请号62/538,194的优先权，该临时专利申请通过援引以其全文并入本文。

联邦资助的研究或开发的声明

本发明根据美国能源部(U.S.Department of Energy)颁发的拨款号DEAR0000150在政府支持下完成。政府拥有本发明的某些权利。

背景技术

二氧化锰是许多应用中使用的重要材料。它主要用于比如锂离子电池和碱性电池的电池应用中。在有机电解质、离子液体和碱性电解质中，它展现出一系列化学反应。例如，在碱性电解质中，二氧化锰及其多晶型物经历固态质子插入反应和溶解-沉淀反应。然而，这些反应导致黑锰矿和其他非活性相的形成，这会破坏二氧化锰电极的可逆性。

发明内容

以下呈现了创新的简化概述，以便提供对本文描述的系统和方法的一些方面的基本理解。此概述并不是广泛的综述。它既不旨在标识系统和/或方法的关键或重要要素，也不旨在描绘系统和/或方法的范围。其唯一目的是以简化的形式呈现一些概念，作为稍后呈现的更详细描述的序言。

在一些实施例中，一种形成在电池的阴极中使用的层状二氧化锰的方法包括将阴极设置到电化学电池单元的外壳中；将阳极设置到该外壳中；将聚合物隔膜设置在该阳极与该阴极之间，使得该阳极与该阴极电分开；将碱性电解质添加至该外壳中；将该电化学电池单元循环到该二氧化锰的第2电子容量；以及形成具有层状二氧化锰结构的层状二氧化锰，其中一种或多种添加剂被掺入到该层状二氧化锰结构中。该阴极包含阴极材料，该阴极材料包括：二氧化锰化合物；选自由铋、铜、锡、铅、银、钴、镍、镁、铝、钾、锂、钙、金、锑、铁、锌以及它们的组合组成的组的一种或多种添加剂；以及导电碳。该添加剂呈元素形式或盐形式。

在一些实施例中，一种形成阴极材料的方法包括将以下项组合：二氧化锰；选自由铋、铜、锡、铅、银、钴、镍、镁、铝、钾、锂、钙、金、锑、铁和锌组成的组的一种或多种添加剂；以及导电碳。该添加剂呈元素形式或盐形式；并且该二氧化锰具有第二电子容量。该方法还包括基于该组合形成阴极混合物；使该阴极混合物在该二氧化锰的第二电子容量的0.1％-100％之间循环，该第二电子容量在以下限值之间：相对于锌大于或等于0.8V且小于或等于2.5V或者相对于Hg|HgO大于或等于-0.4V且小于或等于1.1V、相对于Zn大于或等于0V且小于或等于2.5V或者相对于Hg|HgO大于或等于-1.4V且1.1V；以及形成具有层状二氧化锰结构的层状二氧化锰，其中该一种或多种添加剂被掺入到该层状二氧化锰结构中。

附图说明

图1描述了二氧化锰在碱性电解质中的反应。

图2是呈棱柱形布置的电池的一个实施例的截面图。