[发明专利]一种水溶液可充锂电池

说明书

技术领域

本发明属电池技术领域，具体涉及一种新型的水溶液可充锂电池(AqueousRechargeable Lithium Battery：ARLB，可简称“水锂电”)。

背景技术

众所周知，随着全球的经济迅速发展和人口的不断增多，能源短缺和环境污染问题日益严重。兼顾经济增长、能源供给和环境保护的可持续发展的理念已成为世界的主题。探索新的绿色的能量转化和储存体系已成为十分紧迫的课题。此外，作为有效缓解能源短缺和环境污染问题的电动汽车技术日益受到人们的重视。电动汽车的推行和普及不仅可以缓解国家进口石油的压力，而且可以大幅度减轻汽车尾气的污染。世界各国都在积极开发电动汽车并取得一定的进展，然而电动汽车技术的瓶颈在于其动力电源。目前作为电动汽车的动力电源主要有充电电池、燃料电池和电化学电容器。其中充电电池主要是铅酸蓄电池、镍氢电池和锂离子电池。但是综合考虑其成本、安全性、行驶里程、加速能力和对环境的影响，目前尚没有一种电源能满足电动汽车的要求。铅酸蓄电池比能量低，而且铅有毒；镍氢电池价格太贵，比容量小；锂离子电池大电流充放电性能差，同时存在安全问题。电化学电容器虽然具有循环寿命长，高的输出功率，但能量密度太小，燃料电池成本高且输出功率小，不能满足电动车的启动、加速和爬坡的要求。为解决现有电池的缺点，人们不断改进现有电池的技术和开发新的电池。加拿大的Moli Energy公司提出了水系锂离子锂电池(国际专利号WO95/21470)，其原理与现有的有机体系的锂离子电池相同，规定电池的正负极均采用锂离子嵌入化合物，如LiCoO₂、LiMn₂O₄、VO₂等。但是其性能较差，尤其是电池的循环性能。后来有人发现混合型水系锂离子电池具有良好的快速充放电性能(Y.G.Wang，etal.，Electrochem.Commun.，2005，7：1138-1142)，其负极改用活性碳，正极采用锂离子嵌入化合物，其原理是锂离子在正极中嵌脱和在负极活性碳上的吸附，是一种锂离子电池和传统电容器的混合型体系。其循环性能优良，但是其比容量较小，而且存在较大的自放电问题。

发明内容

本发明的目的是提供了一种循环寿命长、功率大、成本低、容量高的水溶液可充锂电池，

本发明的发明人通过广泛深入的研究，结果发现采用锂离子可以发生掺杂和脱掺杂的高分子材料为负极、锂离子能够发生可逆嵌入和脱嵌的材料作为正极，以含锂化合物的水溶液作为电解质，可组成一种新型的高性能水溶液可充锂电池。该新型的水溶液可充锂电池的循环寿命长、功率大、成本低、容量高，而且对环境友好，具有广泛的用途，如用作大型的储能系统；用于各种便携式的电子设备和家用设备；用做各种动力装置的电源等。

本发明提供的水溶液可充锂电池，其结构与现有的有机体系锂离子电池的结构类似，由正极、负极、隔膜和具有离子导电性的水溶液组成。

本发明中所述正极的活性物质材料为锂离子可以嵌入和脱嵌的材料；具体可以是过渡金属的氧化物、硫化物、磷化物、氯化物、磷酸盐或硫酸盐等化合物。例如LiMn₂O₄、LiCoO₂、LiNiO₂、LiCo_1/3Ni_1/3Mn_1/3O₂、LiMnO₂、LiFePO₄、V₂O₅等，以及这些化合物中的含金属以外的其它金属或非金属元素掺杂材料。正极中还可以加入适量的电子导电材料(如石墨、碳黑、乙炔黑、金属粉末或其它导电的材料等)和粘结剂(如PVDF、聚四氟乙烯、纤维素、水溶性橡胶等)。其用量按重量计为：活性物质∶电子导电材料∶粘结剂＝80-90∶5-10∶5-10。