[发明专利]一种双石墨电极电池

说明书

本发明公开了一种双石墨电极电池，包括正极片、负极片、电解液以及间隔于所述正极片和所述负极片之间的隔膜，所述正极片的正极活性材料为石墨或无定型碳包覆石墨；所述负极片的负极活性材料为石墨或无定型碳包覆石墨；所述电池的工作电压为4.5～5.5V。相比于现有技术，本发明正负极均采用石墨作为活性材料，特别是将可嵌入电解质盐阴离子的石墨代替了传统的正极材料，利用高电压下电解质盐阴离子嵌入石墨正极，而锂离子则嵌入石墨负极中，形成回路得到一个完备的双石墨电池。该电池不含过渡金属元素，对环境友好，可以满足在太阳能、风能和潮汐能等领域的使用要求，且均采用石墨作为活性材料，有效降低了电池制作成本。

技术领域

本发明涉及锂电池领域，具体涉及一种双石墨电极电池。

背景技术

目前锂离子电池主要应用于移动电子产品和汽车电池市场，但是由于它的循环寿命、安全、成本上的不足，使其在更具有战略意义的广阔化市场，比如太阳能、风能和潮汐能等领域，并不是一个十分理想的选择。在这些应用场景中，能量密度不再是主要关注点，相比而言，对环境的影响和成本控制更是此领域关注的点。

而传统的锂离子电池中过渡金属是一个不可或缺的元素，特别是对于其中的正极材料而言，正极材料主要选择是可逆脱锂和嵌锂的过渡金属氧化物，如常见的LiCoO₂、LiMn₂O₄和LiFePO₄等锂化物，但此类材料不仅制造/加工成本高，在使用寿命终止后的处理成本亦很高，如不妥善处理将对环境造成重大影响，同时也存在安全隐患越来越难以满足发展的需要。

近年来，也出现了很多新型结构的材料去代替传统的正极材料，如硅酸盐、硼酸盐以及橄榄石结构派生物等。但新开发的正极材料无法满足可逆脱锂和嵌锂的要求，且成本高亦对环境不够友好。

有鉴于此，确有必要提供一种解决上述问题的技术方案。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，本发明提供一种双石墨电极电池，以解决现有正极材料对环境不友好、成本高昂的问题，该电池正极采用不含过渡金属元素、对环境友好且价格低廉的材料。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种双石墨电极电池，包括正极片、负极片、电解液以及间隔于所述正极片和所述负极片之间的隔膜，所述正极片的正极活性材料为石墨或无定型碳包覆石墨；所述负极片的负极活性材料为石墨或无定型碳包覆石墨；所述电池的工作电压为4.5～5.5V。

本发明通过对传统的含过渡金属的正极材料进行改进，将其替换为可嵌入电解质盐阴离子的石墨类物质，再与石墨负极相配合，形成石墨-石墨电池，改变了传统的观念，实现了全石墨电池。该石墨电池需在高电压下工作，在高电压下，ClO₄^-、BF₄^-、PF₆^-和(CF₃SO₂)₂N^-电解质盐阴离子嵌入石墨正极中，使得电解液中阳离子数大于阴离子数，即是锂离子数过多，促进锂离子嵌入石墨负极中，进而形成回路得到一个完备的电池。如在低于4.5V电压下工作，则无法实现对石墨正极的嵌入也就无法实现电池内的循环。由于正负极均采用石墨作为活性材料，降低了锂离子电池的成本，且不含过渡金属元素，对环境友好，满足在太阳能、风能和潮汐能等领域的使用要求。

优选的，所述电解液包括锂盐、含氟添加剂、溶剂。由于双石墨电池需在高电压下工作，常规的电解液只能勉强满足其使用，现新开发一种高电压的电解液，电解液中包括含氟添加剂，添加剂中的氟原子有利于电解液浸润电极与隔膜，提高锂离子的嵌入率。