[发明专利]一种沉积型水系锂离子电池

权利要求书

1.—种沉积型水系锂离子电池，其特征在于该电池包括电池组(9)、水系电解质溶液(2)、电池壳体(6)及沉淀池(7)；电池组(9)由2～20节电池单体(8)串联而成。电池单体(8)包括可脱嵌锂离子的固体化合物正极(3)、沉积型金属负极(5)、隔膜(10)、绝缘塑料网(1)、注液盖(4)，绝缘塑料网(1)紧邻沉积型金属负极(5)放置；隔膜(10)则置于可脱嵌锂离子的固体化合物正极(3)和沉积型金属负极(5)之间；注液盖(4)位于电池壳体(6)的顶部，水系电解质溶液(2)充满于电池壳体(6)内，沉淀池(7)位于电池组(9)的底部；沉积型金属负极(5)的活性物质溶解并储存在富含锂离子的电解质溶液(2)中，可脱嵌锂离子的固体化合物正极(3)的活性物质含于固体正极；水系电解质溶液(2)为含锂离子和可溶可沉积金属离子的水溶液，pH值为3～13；可脱嵌锂离子的固体化合物正极(3)为纳米多孔结构或包覆氧化物，包覆氧化物为NiO、TiO₂、SiO₂、PbO₂、Al₂O₃、导电碳或化学沉积金属，化学沉积金属为镍、钴、铅、钽、铌或钛；当可脱嵌锂离子的固体化合物正极(3)为纳米多孔结构、包覆氧化物，则使上述锂离子嵌入化合物形成纳米多孔的核壳结构；在充放电过程中，该电池将有机系锂离子脱出-嵌入的反应机理与金属离子沉积-溶解过程有机地结合于一个储能体系中。

2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于水系电解质溶液(2)为含可溶可沉积金属阳离子和金属锂离子的硫酸盐、磷酸盐、甲基磺酸盐、醋酸盐或氢氧化物中一种以上的混合水溶液，pH值为3～13；为增大金属离子的溶解度和提高离子传递速率，加入可溶可沉积金属离子有机配位剂或支持电解质：可溶可沉积金属离子有机配位剂为乙二胺、EDTA、柠檬酸盐、四乙撑五胺、邻二氮菲、邻菲绕啉、氨三乙酸或磺基水杨酸，支持电解质为Na₂SO₄或K₂SO₄，可溶可沉积金属离子有机配位剂或支持电解质加入量相对于负极活性物质摩尔比为1～10∶1。

3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于可脱嵌锂离子的固体化合物正极(3)的活性物质为镍、钴、锰、铁、钒中的一种以上氧化物、复合氧化物或嵌入化合物掺杂其他金属元素的材料：氧化物、复合氧化物为LiMn₂O₄、LiCoO₂、LiNiO₂、LiCo_1/3Ni_1/3Mn_1/3O₂、LiFePO₄、Li₃V₂(PO₄)₃，掺杂其它金属元素为Al、Pb、Zn、Co、Cr、Ni、Mn、Cu或Mg，掺杂量相对于可脱嵌锂离子的固体化合物正极(3)中金属元素的摩尔比小于30％。

4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于可脱嵌锂离子的固体化合物正极(3)由活性物质、电子导电剂、粘合剂制备而成：活性物质加入的质量百分比为60-85％；电子导电剂为导电碳粉或亚氧化钛，加入质量百分比小于30％；粘合剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、酚醛树脂、聚氨酯、环氧树脂、聚醚树脂、橡胶乳或它们的混合物，加入质量百分比小于20％。

5.根据权利要求1所述的电池，其特征在于沉积型金属负极(5)标准氧化还原电位相对于标准氢电极应低于0.2伏；沉积型金属负极(5)的活性物质为可溶可沉积金属离子，可溶可沉积金属离子包括锌、铅、钨、铁、铜、镉、铝、锡、钼、铋中一种以上的金属离子。

6.根据权利要求1所述的电池，其特征在于可脱嵌锂离子的固体化合物正极(3)和沉积型金属负极(5)的集流体为镍、不锈钢、铜、钛、钼、镍钼合金、铜镍合金、铜锌合金、碳素或碳与有机聚合物的复合物，有机聚合物为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、酚醛树脂、聚醚树脂、环氧树脂、糠醛树脂、氟化丙烯酸酯或聚氯乙烯；形状为冲孔状、泡沫状、网状或薄膜状。