【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)屬于電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于磷酸鹽的氫離子電池及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、隨著鋰離子儲(chǔ)能技術(shù)的廣泛應(yīng)用，其采用有機(jī)電解液引起了較高的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。鉛酸電池仍然在燃油汽車(chē)、助動(dòng)車(chē)中具有較為廣泛的應(yīng)用，不但在使用和回收過(guò)程中存在重金屬污染，而且由于充放電循環(huán)次數(shù)低，使用壽命短，報(bào)廢頻繁更加劇了污染風(fēng)險(xiǎn)。
2、托馬斯?愛(ài)迪生于?1901?年為堿性鎳鐵電池申請(qǐng)了專(zhuān)利，但是當(dāng)前的堿性鎳鐵電池的市場(chǎng)應(yīng)用遠(yuǎn)不及鉛蓄電池，是因?yàn)槟壳版囪F電池存在電極析氫、自放電率高等一系列技術(shù)缺陷。
3、制約鎳鐵電池的最大障礙是鐵負(fù)極的析氫問(wèn)題，它是鐵電極自出現(xiàn)以來(lái)困擾人們的一大難題。為了提高鎳鐵電池的性能，已經(jīng)進(jìn)行了許多嘗試來(lái)開(kāi)發(fā)鐵基配方，以最大限度地減少在強(qiáng)堿性條件下的氫析出。
4、專(zhuān)利技術(shù)專(zhuān)利cn101651208a提出了一種低自放電鐵電極材料，該鐵電極材料由活性物質(zhì)鐵或鐵的化合物和添加劑銦、錫、鉍或其化合物組成，該材料用于制造環(huán)保型鐵鎳蓄電池；但由于該專(zhuān)利在電極中加入添加劑，導(dǎo)致電極循環(huán)重復(fù)性能差。專(zhuān)利技術(shù)專(zhuān)利cn1532965a提出了一種活化型鐵電極，其特征在于在鐵電極中摻入al-sn-ga合金；但由于該專(zhuān)利在電極中加入添加劑，導(dǎo)致電極循環(huán)重復(fù)性能差。專(zhuān)利技術(shù)專(zhuān)利cn112805851a?用于電化學(xué)電池的負(fù)電極中，所述的負(fù)極材料包括約60％至約90％的團(tuán)粒狀直接還原鐵和約1％至約40％的組分，所述組分包括一種或多種選自sio2、al2o3、mgo、cao和tio2的材料煅燒形成團(tuán)粒；但由于該專(zhuān)利所述
5、美國(guó)專(zhuān)利us5705291?公開(kāi)了一種提高陰極活性材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的方法，該方法通過(guò)用含有硼酸鹽、鋁酸鹽、硅酸鹽或它們的混合物的組合物涂覆陰極活性材料的表面，但該方法仍然表現(xiàn)出較差的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和循環(huán)重復(fù)性能差等問(wèn)題。
6、目前，解決方法主要集中在添加劑的應(yīng)用上，科學(xué)家們研究了許多不同類(lèi)型的添加劑，例如fes、pbs、k2s等添加劑可以明顯減少鐵鎳蓄電池的自放電，但是都未能從根本上解決問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專(zhuān)利技術(shù)的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種成本低、充放電循環(huán)次數(shù)高、使用壽命長(zhǎng)、使用溫度范圍寬的基于磷酸鹽的氫離子電池及其制備方法。
2、本專(zhuān)利技術(shù)的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種基于磷酸鹽的氫離子電池，包括正極、負(fù)極、隔膜和電解液；電池負(fù)極材料中含有fe(ii)/fe(iii)的磷酸鹽或堿式磷酸鹽，所述的磷酸鹽包括以下化學(xué)式：
3、fe(iii)(po4)x(oh)3-3x，其中0<x≤1;
4、fe(ii)(po4)y(oh)2-3y，其中0<y≤2/3。
5、所述的電解液為堿溶液，ph≥12。
6、進(jìn)一步地，所述的負(fù)極材料中加入fe(ii)/fe(iii)的氧化物、氫氧化物或者羥基氧化物，負(fù)極材料中fe(ii)/fe(iii)的磷酸鹽或堿式磷酸鹽與fe(ii)/fe(iii)的氧化物、氫氧化物或者羥基氧化物的質(zhì)量比為1?:?0~3。
7、進(jìn)一步地，所述的fe(ii)/fe(iii)的氧化物、氫氧化物或者羥基氧化物包括四氧化三鐵?(fe3o4)、三氧化二鐵（fe2o3）、氫氧化鐵（fe(oh)3）、氫氧化亞鐵（fe(oh)3）、羥基氧化鐵（feo(oh)）中的一種或者幾種混合。
8、進(jìn)一步地，所述的負(fù)極材料中包括fe(ii)/fe(iii)的磷酸鹽或堿式磷酸鹽與石墨化碳材料的混合物，或者采用石墨化碳材料包覆的fe(ii)/fe(iii)的磷酸鹽或堿式磷酸鹽的納米顆粒材料；所述的石墨化碳材料包括活性炭、炭黑、乙炔黑。
9、進(jìn)一步地，電池正極材料中含有鎳的氧化物或氫氧化物，
10、電池負(fù)極中fe元素和正極中ni元素的摩爾比為1?:?0.7~1.1。
11、進(jìn)一步地，所述的氧化物或氫氧化物包括二氧化鎳?(nio2)、三氧化二鎳（ni2o3）、羥基氧化鎳（nio(oh)）、氫氧化鎳（ni(oh)2）、氧化鎳（nio）中的一種或者幾種的混合物或與其等效的化合物。
12、進(jìn)一步地，電池正極材料中加入mg(oh)2，電池正極中ni元素和mg元素的摩爾比為1?:?0~2。
13、進(jìn)一步地，所述的電解液中的堿包括：氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、氫氧化鈣中的一種或者多種混合；
14、電解液中oh-濃度為0.01~10?mol/l。
15、本專(zhuān)利技術(shù)還提供一種基于磷酸鹽的氫離子電池的制備方法，包括以下步驟：
16、s1、將正極材料用電解液潤(rùn)濕后，均敷附著于石墨碳電極表面制得正極；
17、s2、將負(fù)極材料用電解液潤(rùn)濕后，均敷附著于石墨碳電極或不銹鋼電極表面制得負(fù)極；
18、s3、將正極和負(fù)極夾設(shè)在隔膜兩側(cè)，構(gòu)成單電池。
19、進(jìn)一步地，多個(gè)單電池疊層平行組裝或者卷曲成柱狀，制得的電池芯包，再用耐腐蝕電池外殼進(jìn)行封裝制得氫離子電池組；電池引出線穿過(guò)耐腐蝕外殼連接正/負(fù)極集流體，耐腐蝕外殼上還設(shè)置注液口、安全閥。
20、所述的石墨碳電極選自導(dǎo)電石墨板、導(dǎo)電石墨網(wǎng)、導(dǎo)電活性碳膜、碳?xì)帧⑻技垺⑻疾肌⑹珰帧⒔榭滋寄ぶ械囊环N或幾種的復(fù)合物；
21、所述的不銹鋼電極為：不銹鋼板、不銹鋼片或者不銹鋼網(wǎng)；
22、所述的隔膜是多孔聚合物膜、無(wú)紡布、濾紙中的一種或幾種的復(fù)合物。
23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專(zhuān)利技術(shù)具有以下有益效果：
24、（一）本專(zhuān)利技術(shù)相比于鉛酸電池，不存在鉛重金屬污染，克服了鉛酸電池的電極和電解液的利用效率低的問(wèn)題，并能夠克服鉛蓄電池充放電循環(huán)次數(shù)低，析氫腐蝕等問(wèn)題；目前已實(shí)現(xiàn)能量密度比鉛蓄電池略高，但是充放電循環(huán)次數(shù)達(dá)到鉛蓄電池的10倍以上。
25、（二）本專(zhuān)利技術(shù)相比于鋰電池，無(wú)需使用產(chǎn)量受限且價(jià)格偏高的鋰、鈷等金屬元素，克服了鋰電池易燃的風(fēng)險(xiǎn)。
26、（三）本專(zhuān)利技術(shù)與液流電池相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、易于工業(yè)化批量生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)，無(wú)需使用產(chǎn)量受限且價(jià)格偏高的釩等金屬元素。
27、（四）本專(zhuān)利技術(shù)在鎳鐵電池的基礎(chǔ)上，采用強(qiáng)堿性電解液，其ph≥12，采用fe(ii)/fe(iii)的磷酸鹽或堿式磷酸鹽作為電池負(fù)極本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于磷酸鹽的氫離子電池，包括正極、負(fù)極、隔膜和電解液；其特征在于，電池負(fù)極材料中含有Fe(II)/Fe(III)的磷酸鹽或堿式磷酸鹽，所述的磷酸鹽包括以下化學(xué)式：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于磷酸鹽的氫離子電池，其特征在于，所述的負(fù)極材料中加入Fe(II)/Fe(III)的氧化物、氫氧化物或者羥基氧化物，負(fù)極材料中Fe(II)/Fe(III)的磷酸鹽或堿式磷酸鹽與Fe(II)/Fe(III)的氧化物、氫氧化物或者羥基氧化物的質(zhì)量比為1?:?0~3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于磷酸鹽的氫離子電池，其特征在于，所述的Fe(II)/Fe(III)的氧化物、氫氧化物或者羥基氧化物包括四氧化三鐵、三氧化二鐵、氫氧化鐵、氫氧化亞鐵、羥基氧化鐵中的一種或者幾種混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于磷酸鹽的氫離子電池，其特征在于，所述的負(fù)極材料中包括Fe(II)/Fe(III)的磷酸鹽或堿式磷酸鹽與石墨化碳材料的混合物，或者采用石墨化碳材料包覆的Fe(II)/Fe(III)的磷酸鹽或堿式磷酸鹽的納米顆粒材料；所述的石墨化碳材料包括活性炭、炭
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于磷酸鹽的氫離子電池，其特征在于，電池正極材料中含有鎳的氧化物或氫氧化物，電池負(fù)極中Fe元素和正極中Ni元素的摩爾比為1:?0.7~1.1。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于磷酸鹽的氫離子電池，其特征在于，所述的氧化物或氫氧化物包括二氧化鎳、三氧化二鎳、羥基氧化鎳、氫氧化鎳、氧化鎳中的一種或者幾種的混合物或與其等效的化合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于磷酸鹽的氫離子電池，其特征在于，電池正極材料中加入Mg(OH)2，電池正極中Ni元素和Mg元素的摩爾比為1?:?0~2。
8.一種如權(quán)利要求1-7任一所述的一種基于磷酸鹽的氫離子電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于磷酸鹽的氫離子電池的制備方法，其特征在于，多個(gè)單電池疊層平行組裝或者卷曲成柱狀，制得的電池芯包，再用耐腐蝕電池外殼進(jìn)行封裝制得氫離子電池組；
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于磷酸鹽的氫離子電池，包括正極、負(fù)極、隔膜和電解液；其特征在于，電池負(fù)極材料中含有fe(ii)/fe(iii)的磷酸鹽或堿式磷酸鹽，所述的磷酸鹽包括以下化學(xué)式：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于磷酸鹽的氫離子電池，其特征在于，所述的負(fù)極材料中加入fe(ii)/fe(iii)的氧化物、氫氧化物或者羥基氧化物，負(fù)極材料中fe(ii)/fe(iii)的磷酸鹽或堿式磷酸鹽與fe(ii)/fe(iii)的氧化物、氫氧化物或者羥基氧化物的質(zhì)量比為1?:?0~3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于磷酸鹽的氫離子電池，其特征在于，所述的fe(ii)/fe(iii)的氧化物、氫氧化物或者羥基氧化物包括四氧化三鐵、三氧化二鐵、氫氧化鐵、氫氧化亞鐵、羥基氧化鐵中的一種或者幾種混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于磷酸鹽的氫離子電池，其特征在于，所述的負(fù)極材料中包括fe(ii)/fe(iii)的磷酸鹽或堿式磷酸鹽與石墨化碳材料的混合物，或者采用石墨化碳材料包覆的fe(ii)/fe(iii)...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王國(guó)東，韓娜，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：蘊(yùn)倍新能源常州有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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