[发明专利]钙基二次电池及包含该钙基二次电池的蓄电池

说明书

本公开内容涉及一种钙基二次电池，该钙基二次电池包括：包含负极活性材料的负极，所述负极活性材料能接受和释放钙离子；包含正极活性材料的正极，所述正极活性材料能接受和释放钙离子；布置在所述负极和所述正极之间的电解质，所述电解质包含钙离子和电解质介质，其中所述电解质在标准条件下是非固体的，并且其中所述电解质介质包含非水性溶剂；和温度控制元件。

本公开内容公开了钙基二次电池，包含该电池的非水性二次蓄电池，及包含该蓄电池的车辆、电子设备或固定发电设备(stationary power generating device)。

背景技术

二次(即可再充电)电化学电池和蓄电池是在信息相关设备、通信设备(例如个人计算机、摄录一体机(camcorder)和蜂窝电话)以及在汽车工业中或在固定发电设备中广泛使用的电源。传统锂基电池典型地包含其活性材料能接受和释放锂离子的正极(也称为“阴极”)和负极(也称为“阳极”)，以及设置在电极之间并包含锂离子的电解质。传统锂基二次电池和蓄电池的寿命并不总是令人满意的。当在可再充电蓄电池中使用有机溶剂时，负极上的固体-电解质中间相(SEI)的形成似乎是关键现象。值得注意的是，溶剂似乎在初始充电时分解并形成被称为固体电解质中间相(SEI)的固体层，其是电绝缘的，但应当呈现出离子电导性，以允许成功的蓄电池运行。认为该中间相在电池循环时防止电解质的进一步分解。因此，SEI似乎在控制电池电化学过程、延迟容量衰减、设定循环寿命和最终确定电池性能方面发挥关键作用。出于该原因，期望提供具有被赋予良好质量SEI的二次电池/蓄电池，和/或运行该二次电池/蓄电池以使具有不令人满意的质量的SEI可能对电池/蓄电池性能的影响最小化。能量存储性质是在传统锂基二次电池和蓄电池中不总是令人满意的另外方面。因此，期望具有被赋予其负极的较高容量和较高能量密度的二次电池。同时，当在温和的温度条件和电位窗口下运行时，电池应当是可再充电的，以便成为与广泛的最终应用的面板相容的商业上可行的能量存储设备。

本公开内容公开了一种在有利的温度和电压条件下能有效运行的钙基二次电池、包含该电池的非水性二次蓄电池、以及包含该蓄电池的车辆、电子设备或固定发电设备。

简要说明

图1是钙基二次电池的示意图；

图2是报道循环伏安法测量的图，证实了在某些实验条件下钙电极的电沉积和剥离(stripping)。测试条件是EC_0.5:PC_0.5中的0.3M Ca(ClO₄)₂；a)在1mV/s和各种温度下；b)在50℃和不同扫描速率下。集流体是不锈钢；

图3是在75℃下、在EC_0.5:PC_0.5中的0.3M Ca(BF₄)₂中、以-1V vs.Ca²⁺/Ca的钙电镀模式之后的不锈钢的照片；

图4是在EC_0.45:PC_0.45:DMC_0.1中的0.3M Ca(BF₄)₂中钙沉积之前a)和之后b)、c)的铜电极的三张扫描电子显微镜图像。在b)-1V vs.Ca²⁺/Ca下、80h期间和c)-1.5V vs.Ca²⁺/Ca下、200h期间下，以恒电位模式在75℃下获得钙沉积物；

图5是报道在如图4所限定的实验c)中所沉积的钙的EDS定量分析的图；

图6是报道沉积物的同步辐射X射线衍射图样的图，该沉积物是在EC_0.45:PC_0.45:DMC_0.1中的0.3M Ca(BF₄)₂的钙沉积之后形成在铜盘和不锈钢柱塞上，是以恒电位模式在-1.5V vs.Ca²⁺/Ca下200h期间获得的；