[发明专利]锰离子电池

说明书

本发明公开了一种锰离子电池，该锰离子电池的正极包括锰基化合物和导电基底材料中的至少之一，负极包括锌、锡、镍、锰、锂、钠、铝、钛和碳材料中的至少之一，电解液包括Mn²⁺和/或所述负极对应金属的阳离子，其中，在充电过程，所述电解液中的Mn²⁺失去电子被氧化为二氧化锰沉积在所述正极上；在放电过程，所述正极上的锰得到电子被还原成Mn²⁺溶解在所述电解液中。由此，该锰离子电池循环寿命长、比能量高且安全性高。

技术领域

本发明属于电池领域，具体涉及一种锰离子电池。

背景技术

在已报道的电池中，锂离子电池是通过单电子反应提供能量，其理论比容量较低。以嵌入/脱出反应为主的锌离子、钠离子、钾离子、镁离子等电池，放电时，电解液中的金属阳离子(如Li⁺、Zn²⁺、Na⁺等)嵌入正极材料；在充电时，嵌入正极的金属阳离子进入电解液，嵌入/脱出反应占据主导地位，从而提供电池容量。因金属离子尺寸较大，正极结构不稳定，嵌入/脱出反应困难，导致循环稳定性较差，能量密度较低。

因此，现有的电池有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种锰离子电池，该锰离子电池循环寿命长、比能量高且安全性高。

本发明提出了一种锰离子电池，根据本发明的实施例，所述锰离子电池的正极包括锰基化合物和导电基底材料中的至少之一，负极包括锌、锡、镍、锰、锂、钠、铝、钛和碳材料中的至少之一，电解液包括Mn²⁺和/或所述负极对应金属的阳离子，其中，在充电过程，所述电解液中的Mn²⁺失去电子被氧化为二氧化锰沉积在所述正极上；在放电过程，所述正极上的锰得到电子被还原成Mn²⁺溶解在所述电解液中。

根据本发明实施例的锰离子电池，该锰离子电池的正极包括锰基化合物和导电基底材料中的至少之一，负极包括锌、锡、镍、锰、锂、钠、铝、钛和碳材料中的至少之一，电解液包括Mn²⁺和/或所述负极对应金属的阳离子。该锰离子电池放电时，一方面，正极侧发生的反应为：(1)当正极为锰基化合物时，正极一定发生的反应为锰基化合物中的部分高价态锰被还原成Mn²⁺，发生溶解反应进入电解液，或者通过电解液进入负极，同时可能伴随发生的反应为电解液中的负极提供的阳离子以嵌入反应、表面反应或其他反应的形式与正极锰基化合物结合(几个反应可能同时发生，或只发生其一)，此外还可能伴随有质子反应，即电解液解离的氢质子(H⁺)嵌入正极；(2)当正极为导电基底材料时，由于充电时电解液中的Mn²⁺在阳极(即放电时的正极)被氧化为锰基化合物，锰基化合物覆盖在导电基底材料表面，此时导电基底材料正极相当于锰基化合物正极，后续发生的发生与正极为锰基化合物的反应一致。另一方面，负极材料的标准电极电位较低，锌、锡、镍、锰、锂、钠、铝、钛和碳材料中的至少之一在该锰离子电池的负极侧被氧化成阳离子态溶进电解液，同时，可能伴随发生的反应为电解液中的Mn²⁺以沉积、嵌入、螯合或者表面反应的方式进入负极；该锰离子电池充电时，发生的反应过程与上述充电过程相反，锰基化合物中锰的溶解反应占据主导地位。由此，该锰离子电池在充放电循环过程中，每次充电过程都会有新的沉积正极活性物质即锰基化合物和负极活性物质即锌、锡、镍、锰、锂、钠、铝、钛和碳材料中的至少之一生成，再在随后的放电过程重新溶解到电解液中，该反应过程稳定高效，因此该锰离子电池具有很长的循环寿命，而且由于正负极的溶解沉积反应均发生在电极表面，不受离子在电极晶体结构内部扩散的控制，因此具有很高的功率密度和安全性。总之，该锰离子电池循环寿命长、比能量高且安全性高。

另外，根据本发明上述实施例的锰离子电池还可以具有如下附加的技术特征：