本发明专利技术涉及一种蓄电池(10、30)、尤其是锌空气蓄电池，该蓄电池具有含锌的阳极(12、12a)和氧电极形式的阴极(14)，该阳极(12、12a)还含有碳。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种以及根据独立权利要求的上位概念的应用。
技术介绍
在未来，不仅在例如手机、笔记本电脑和计算机之类的移动应用方面，而且在例如混合动力车辆(英语HEV表示混合动力车辆)和电动车辆(英语EV表示电动车辆)之类的车辆中也将会越来越多地使用具有高的特定能量或能量密度的蓄电池系统。为了满足相应的应用对安全和使用寿命的要求，目前正在进一步开发这些蓄电池系统。目前世界各地开发活动的目标尤其是锌空气蓄电池。与锂离子蓄电池相比，锌空气蓄电池能够达到更高的能量密度或者特定能量。在此使用金属锌(Zn)作为阳极，使用氧电极作为阴极。可再充电的锌空气蓄电池目前还在开发中，因此尚未商业应用。US 20060269811 Al描述了一种延长锌空气蓄电池使用寿命的方法。该锌空气蓄电池由多个蓄电池单池构成，将这些蓄电池单池依次暴露在周围空气中，使得某一时刻仅仅激活一个蓄电池。将蓄电池的阳极实施成锌阳极，并且将阴极实施成氧电极。CN-101 055 933 A描述了另一种这样的锌空气蓄电池。Tff 385 559 A描述了具有由锂和镍组成的阴极以及由碳和锌组成的阳极的锂离子蓄电池的制造。US 2009 0023 065 Al描述了一种由碳、金属和聚合物构成的、应用于锂离子蓄电池中的阳极。KR 2011 078 307 A描述了一种具有锌阳极的锂离子蓄电池。使用涂有碳的金属锌作为活性材料。US 2010 0159328 Al公开了一种用于锂离子蓄电池的锌锑碳阳极的制造。DE 102 007 034 178 Al公开了一种可再充电的锂离子蓄电池。使用纳米管和/或者嵌入纳米结构化合成锂和/或者天然锂的石墨作为电化学活性阳极物质。DE 10 2004 014 629 Al描述了一种锂离子蓄电池，其负电极含有能嵌入锂的石墨状改性碳作为活性材料。负电极的碳材料具有小于80%的结晶度。当前已知的金属的锌阳极一般均具有小的充放电循环稳定性。锌在充电过程中呈海绵状析出，并且例如可能会与电解质反应。此外金属锌析出还可能导致阳极上形成锌-枝状晶(Zink-Dendriten)。锌-枝状晶能够穿过分离装置生长，因此能够引起蓄电池的内部短路、单池过度发热、甚至起火或爆炸之类的安全问题。
技术实现思路
因此本专利技术的任务在于提供一种改进的，能避免上述关于蓄电池使用寿命和安全性的缺点。本专利技术所述的蓄电池包括改善了循环稳定性并且提高了安全性的阳极。本专利技术所述的蓄电池以及本专利技术所述的制造方法具有独立权利要求所述的特征，能以有益的方式解决本专利技术的任务。这尤其基于，蓄电池具有不仅含锌、而且也含碳的阳极。碳阳极有利于锌以可逆方式迀入和迀出。碳在此形成使得阳极稳定的基体结构。除此之外，碳基体还防止在充放电循环过程中通过分散的锌-枝状晶与电解质的可逆反应而消耗锌。以这种方式能显著提高充放电循环稳定性，尤其能显著提高可充电蓄电池的单池的安全特性。从属权利要求所述均为本专利技术的其它有益实施方式。按照本专利技术的一种特别有利的实施方式，阳极具有嵌入锌的改性碳。优选地，阳极包括锌离子能通过可逆电化学反应嵌入其中或脱嵌、也就是能迀入或迀出的碳基体。锌离子嵌入和脱嵌的动力学特性优选地是高的，因此能实现蓄电池单池的足够高的电流性能和高的循环稳定性。优选地，这通过碳本身的高的导电性来支持。除此之外，碳的导电性还可提高阳极的导电性，阳极有利地变得更加具有负载能力。此外当蓄电池单池负载高电流时，还能够有利地晚些时间实现蓄电池单池的最终截止电压，因此能够提高蓄电池单池的放电容量。由于嵌入锌的改性碳在阳极上，因此能够实现高的初始功率和快速的能量释放，即高的脉冲负载能力。在充放电循环过程中，锌离子在碳基体中迀入和迀出。这会导致阳极体积变化。由于碳基体非常稳定，有利于避免或明显减小体积变化。由于嵌入锌的改性碳使得阳极具有高的循环稳定性，因此能够延长蓄电池单池的使用寿命。与锂离子蓄电池相比，这些蓄电池单池能够实现更高的特定能量或能量密度。此外由于避免了可能出现的锌-枝状晶，还能明显改善可充电的蓄电池单池的安全特性。尤其减小内部短路的危险。此外是有利的，阳极含有石墨、硬碳、软碳或者碳纳米管(英文“Carbo-Nanotubes”，缩写为 CNT)形式的碳。石墨由相互叠加排列的二维石墨烯层构成。石墨有利于锌在石墨烯层之间迀入和迀出。以这种方式产生非常稳定的结构，从而提高蓄电池单池的循环稳定性。也适合选用例如硬碳、软碳或者碳纳米管来替代石墨。此外有利地，阳极中锌与碳物质的量成分之比最大为1: 16。石墨的碳原子数与石墨稀层上的锌原子数之比优选地为16: 0.9至16: 1，已证实尤其有利的比例为16: 1硬碳、软碳或碳纳米管的锌吸收能力比碳大约低10-30%。锌和硬碳、软碳或碳纳米管物质的量成分之比优选地为0.7-0.9: 16。以这种方式尽管会降低蓄电池单池的能量密度，但有利于提高蓄电池单池的使用寿命和高电流负载能力。按照本专利技术的一种特别有利的实施方式，阳极包括一种化学式为C16Zn的有机金属化合物。基于这种特定的组合物，能够显著地稳定蓄电池单池的充放电循环特性并且延长其使用寿命。此外是有利的，蓄电池的阴极或氧电极还含有炭黑、导电石墨或碳纳米管。例如本性高度无序的炭黑能够改善阴极的导电性。除此之外，阴极和蓄电池单池有利地是可承受高电流的。本专利技术的另外的主题是一种用于制造相应的蓄电池的方法，该蓄电池具有负电极或含锌和碳的阳极，并且具有正电极或构造成氧电极的阴极。此外以锌加载阳极的碳。按照本专利技术的第一种有利的实施方式，首先提供具有碳的阳极，随后以锌加载该阳极，从而产生蓄电池的阳极。在此，能够使用按照现有技术制造的并且因此可购买到的阳极作为碳阳极，随后优选地通过锌嵌入阳极的碳基体中的方式使其加载锌。用于电极的锌的原则上的应用是有利的，因为锌的储量丰富并且还能够回收。按照本专利技术的第二种有利实施当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
蓄电池，其具有含锌的阳极(12、12a)和氧电极形式的阴极(14)，其特征在于，所述阳极(12、12a)还含有碳。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：T·韦尔勒，J·费策尔，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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