[发明专利]高比能量的二次电池

说明书

本发明公开了一种高比能量的二次电池，包括：正极、负极以及电解液，其中，正极的活性物质为碘及其衍生物，负极为金属或合金。本发明的高比能量的二次电池的制备方法操作简单、方便、易于工业化，且成本低、污染少，并且制备的金属/碘化合物体系二次电池与常规二次电池相比，原料来源简单，成本低、性能可调控性强，比能量高，在电动车、电动工具、电网储能等方面有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于电化学工程与工业装置领域，具体涉及一种高比能量的二次电池。

背景技术

因环境恶化压力及传统石化能源弊端，新能源作为我国的新兴产业的将长期持续发展。太阳能和风能发电等新能源受时间、气候等因素影响，不可能按火电那样根据需要“随用即发”，需要大规模蓄电相配合，避免造成“弃风”“弃光”的浪费。同时，系能源汽车的快速发展，对电池比能量的要求越来越高。此外，电网调峰也需要规模蓄电设备。因此，大规模蓄电是国民经济和社会发展中迫切需要解决的关键问题之一。但是，现有储电正极材料能量密度已发展到瓶颈，亟需开发高能量密度的新型电池材料。研发环保、高能量密度的大规模蓄电池是储能研究的当务之急。但各类化学电源中，适合大规模蓄电者必须具备安全、廉价、环保三项基本性能。碘具有可变的价态,可发生多电子的氧化还原可逆反应，价态可在-1至+7之间变化，因而具有高达1690Ah/Kg的理论容量。同时，地球上有丰富的碘储量，其中海水中含高达800亿吨；此外，一些天然气田、油田及矿石中也有大量的碘。因而研究碘在化学电源中的应用，不仅科学意义重大，实用价值也很高。以卤素的正极材料研究的不多，而且主要利用卤素化合物从-1价至0价之间变化。目前，尚未有研究利用卤素由-1价至+3或更高价态的变化正极材料，如：由-1价碘(如：I^-1)变为+3价(如：ICl₃)。该过程涉及4电子转移的反应，因而能量密度大大增加。因而，如能将其在化学电源中的新应用，将有较高的理论和现实意义。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种高比能量的二次电池。

本发明提供了一种高比能量的二次电池，具有这样的特征，包括：正极、负极以及电解液，其中，正极的活性物质为碘及其衍生物，负极为金属或合金。

在本发明提供的高比能量的二次电池中，还可以具有这样的特征：其中，碘及其衍生物为单质碘I₂、卤化碘IX_n、金属碘化物MI_x、有机碘化铵盐R₄NI_n、N-取代咪唑盐、有机碘化鏻盐R₄PI_n、吡啶碘化氢盐及其衍生物、有机碘化锍盐R₃SI_n、有机碘代物RIX_n、有机碘化铵盐聚合物、N-取代咪唑盐聚合物、有机碘化鏻盐聚合物、有机碘化锍盐聚合物、有机碘代物聚合物。

在本发明提供的高比能量的二次电池中，还可以具有这样的特征：其中，金属碘化物中的阴离子为碘负离子及其与碘单质所形成的络合物，金属为第一主族元素、第二主族元素、第三主族元素、第四主族元素或过渡金属，有机碘化铵盐中的铵根阳离子为四烷基或芳基阳离子，阴离子为碘负离子及其与碘单质所形成的络合物。

在本发明提供的高比能量的二次电池中，还可以具有这样的特征：其中，N-取代咪唑盐中的阳离子为N-烷基或芳基取代的咪唑阳离子，阴离子为碘负离子及其与碘单质所形成的络合物，有机碘化鏻盐中的鏻根阳离子为四烷基或芳基阳离子，阴离子为碘负离子及其与碘单质所形成的络合物。

在本发明提供的高比能量的二次电池中，还可以具有这样的特征：其中，吡啶碘化氢盐及其衍生物中的质子化的芳香有机碱为阳离子，组成化合物的阴离子为碘负离子及其与碘单质所形成的络合物，有机碘化锍盐中的锍根阳离子为三烷基或芳基阳离子，组成化合物的阴离子为碘负离子及其与碘单质所形成的络合物。