【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水系电池，具体涉及一种水系氢氯双离子可充电电池及其制备方法。
技术介绍
1、在过去的几十年里，锂离子电池的这些技术进步给社会带来了巨大的戏剧性影响。锂离子电池的广泛使用基本上为无处不在的便携式电子产品奠定了基础，并且还使无化石燃料社会在可再生能源的前提下成为可能。然而，商用锂离子电池几乎达到了其上限，不仅在能量密度(～200wh kg-1)，而且在循环寿命(1000次循环，>80％)和速率能力(1c)方面也是如此。锂源分布不均、价格飞涨，也使得大规模锂离子电池应用的实施难度大，成本高昂。此外，与锂枝晶相关的安全问题，特别是在高速率下，是开发具有卓越性能的高能量密度锂离子电池的另一个障碍。
2、与金属离子相比，质量最轻、离子半径最小的非金属质子作为电荷载流子具有更快的动力学和更高的能量密度。酸溶液通常是默认的质子供体。目前，氢离子电池主要以h2so4为电解质电离h，但h易被h2o溶剂吸引，去溶剂化能高达11.66e v。因此，在酸性溶液中，h仍然以h3o+的形式存在。与h相比，h3o+具有更大的离子半径，限制了电极材料的选择。值得注意的是，h3o+作为电荷载体并没有改变氢和氧之间的键的性质。高浓度的弱酸如h3po4也被认为是质子供体。此外，在温和的电解液中，h的存在往往被忽视。根据brónsted-lowry酸碱理论，多价金属离子，如zn2+和al3+，可以与h2o溶剂反应形成共轭碱并产生h。
3、相较于li+、zn2+和al3+等阳离子电池，阴离子电池和阴离子/阳离子双离子电池是另一个
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种比容量高、循环性能和倍率性能优异的水系氢氯双离子可充电电池及其制备方法。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案。
3、一种水系氢氯双离子可充电电池，包括正极、负极和电解液，所述正极的活性材料为铝酸盐氧化物，所述铝酸盐氧化物的化学式为mal2o4，其中，m为cu、mg、zn中的至少一种；所述电解液为含氢离子和氯离子的酸性水溶液。
4、上述的水系氢氯双离子可充电电池，进一步改进的，所述含氢离子和氯离子的酸性水溶液由氯化物、酸性溶液和水配置而成；所述含氢离子和氯离子的酸性水溶液中氯化物的浓度为0.5mol/l～4mol/l，所述含氢离子和氯离子的酸性水溶液的ph值为1～6。
5、上述的水系氢氯双离子可充电电池，进一步改进的，所述氯化物为金属氯化物和四甲基氯化铵中的至少一种，所述金属氯化物为氯化铝、氯化镁、氯化锌、氯化铜、氯化锰、氯化镍、氯化铁、氯化锂、氯化钠和氯化钾中的至少一种；所述酸性溶液的体积占含氢离子和氯离子的酸性水溶液总体积的1％～10％，所述酸性溶液的浓度为0.1mol/l～1mol/l，所述酸性溶液为醋酸水溶液、盐酸溶液、磷酸溶液、碳酸溶液和硫酸溶液中的至少一种。
6、上述的水系氢氯双离子可充电电池，进一步改进的，所述铝酸盐氧化物的制备方法，包括以下步骤：
7、(1)将铝盐、金属m盐和水混合，得到混合溶液；所述金属m盐为铜盐、镁盐和锌盐中的至少一种；
8、(2)将步骤(1)得到的混合溶液和沉淀剂混合，调节ph值至6.5～12，进行反应，陈化，经洗涤、干燥，得到前驱体；
9、(3)将步骤(2)得到的前驱体进行烧结，得到铝酸盐氧化物。
10、上述的水系氢氯双离子可充电电池，进一步改进的，所述混合溶液中铝离子和m离子的总摩尔浓度为0.1mol/l～4mol/l，所述铝盐与金属m盐的摩尔比为1∶1；所述沉淀剂与混合溶液中铝离子和m离子的总摩尔量的摩尔比为4～8∶1。
11、上述的水系氢氯双离子可充电电池，进一步改进的，所述铝盐为硝酸铝、氯化铝、硫酸铝和三氟甲磺酸铝中的至少一种，所述铜盐为硫酸铜、氯化铜、氨基磺酸铜、溴化铜、硝酸铜和乙酸铜中的至少一种，所述镁盐为硫酸镁、氯化镁、氨基磺酸镁、溴化镁、硝酸镁和乙酸镁中的至少一种，所述锌盐为硫酸锌、氯化锌、氨基磺酸锌、溴化锌、硝酸锌和乙酸锌中的至少一种，所述沉淀剂为碳酸氢铵、碳酸铵、尿素、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、草酸、氢氧化钠和氢氧化钾中的至少一种。
12、上述的水系氢氯双离子可充电电池，进一步改进的，步骤(1)中，所述混合在搅拌条件下进行，所述搅拌的转速为200rpm～2000rpm，所述混合的温度为20℃～80℃；
13、和/或，步骤(2)中，所述反应的时间为10min～60min，所述陈化的时间为6h～24h，所述干燥的温度为60℃～120℃，所述干燥的时间为2h～12h；
14、和/或，步骤(3)中，所述烧结的温度为700℃～1600℃，所述烧结的时间为2h～96h，所述烧结过程中升温速率为1℃/min～15℃/min。
15、上述的水系氢氯双离子可充电电池，进一步改进的，所述负极的材料为铝、镁、锌、铜、镍、铁、锰、银、铅和碳材料中的任意一种，所述碳材料为石墨、活性碳、硬炭、软碳和石墨烯中的任意一种，所述负极的材料的形态为箔材或粉末状；所述水系氢氯双离子可充电电池还包括隔膜。
16、作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种上述的水系氢氯双离子可充电电池的制备方法，包括以下步骤：
17、s1、将铝酸盐氧化物、导电剂、粘结剂和溶剂混合制成浆料a，将浆料a涂覆于正极集流体上，经滚压、干燥，制成正极；
18、s2、将负极原料、导电剂和粘结剂混合制成浆料b，将浆料b涂覆于集流体上，干燥，制成负极；或者，将箔材直接作为负极；
19、s3、将步骤s1得到的正极、步骤s2得到的负极、电解液和隔膜组装，得到水系氢氯双离子可充电电池；所述电解液为含氢离子和氯离子的酸性水溶液。
20、上述的制备方法，进一步改进的，步骤s1中，所述铝酸盐氧化物、导电剂和粘结剂的质量比为70～94∶15～3∶15～3，所述正极集流体为铜箔、铜网、钛箔、钛网、钼箔、碳纸中任意一种；
21、步骤s2中，所述导电剂的质量占浆料b总质量的2％～10％，所述粘结剂的质量占浆料b总质量的2％～10本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种水系氢氯双离子可充电电池，包括正极、负极和电解液，其特征在于，所述正极的活性材料为铝酸盐氧化物，所述铝酸盐氧化物的化学式为MAl2O4，其中，M为Cu、Mg、Zn中的至少一种；所述电解液为含氢离子和氯离子的酸性水溶液。
2.根据权利要求1所述的水系氢氯双离子可充电电池，其特征在于，所述含氢离子和氯离子的酸性水溶液由氯化物、酸性溶液和水配置而成；所述含氢离子和氯离子的酸性水溶液中氯化物的浓度为0.5mol/L～4mol/L，所述含氢离子和氯离子的酸性水溶液的pH值为1～6。
3.根据权利要求2所述的水系氢氯双离子可充电电池，其特征在于，所述氯化物为金属氯化物和四甲基氯化铵中的至少一种，所述金属氯化物为氯化铝、氯化镁、氯化锌、氯化铜、氯化锰、氯化镍、氯化铁、氯化锂、氯化钠和氯化钾中的至少一种；所述酸性溶液的体积占含氢离子和氯离子的酸性水溶液总体积的1％～10％，所述酸性溶液的浓度为0.1mol/L～1mol/L，所述酸性溶液为醋酸水溶液、盐酸溶液、磷酸溶液、碳酸溶液和硫酸溶液中的至少一种。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的水系氢氯双离子
5.根据权利要求4所述的水系氢氯双离子可充电电池，其特征在于，所述混合溶液中铝离子和M离子的总摩尔浓度为0.1mol/L～4mol/L，所述铝盐与金属M盐的摩尔比为1∶1；所述沉淀剂与混合溶液中铝离子和M离子的总摩尔量的摩尔比为4～8∶1。
6.根据权利要求4所述的水系氢氯双离子可充电电池，其特征在于，所述铝盐为硝酸铝、氯化铝、硫酸铝和三氟甲磺酸铝中的至少一种，所述铜盐为硫酸铜、氯化铜、氨基磺酸铜、溴化铜、硝酸铜和乙酸铜中的至少一种，所述镁盐为硫酸镁、氯化镁、氨基磺酸镁、溴化镁、硝酸镁和乙酸镁中的至少一种，所述锌盐为硫酸锌、氯化锌、氨基磺酸锌、溴化锌、硝酸锌和乙酸锌中的至少一种，所述沉淀剂为碳酸氢铵、碳酸铵、尿素、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、草酸、氢氧化钠和氢氧化钾中的至少一种。
7.根据权利要求4所述的水系氢氯双离子可充电电池，其特征在于，步骤(1)中，所述混合在搅拌条件下进行，所述搅拌的转速为200rpm～2000rpm，所述混合的温度为20℃～80℃；
8.根据权利要求1～3中任一项所述的水系氢氯双离子可充电电池，其特征在于，所述负极的材料为铝、镁、锌、铜、镍、铁、锰、银、铅和碳材料中的任意一种，所述碳材料为石墨、活性碳、硬炭、软碳和石墨烯中的任意一种，所述负极的材料的形态为箔材或粉末状；所述水系氢氯双离子可充电电池还包括隔膜。
9.一种如权利要求1～8中任一项所述的水系氢氯双离子可充电电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的水系氢氯双离子可充电电池的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述铝酸盐氧化物、导电剂和粘结剂的质量比为70～94∶15～3∶15～3，所述正极集流体为铜箔、铜网、钛箔、钛网、钼箔、碳纸中任意一种；
...【技术特征摘要】
1.一种水系氢氯双离子可充电电池，包括正极、负极和电解液，其特征在于，所述正极的活性材料为铝酸盐氧化物，所述铝酸盐氧化物的化学式为mal2o4，其中，m为cu、mg、zn中的至少一种；所述电解液为含氢离子和氯离子的酸性水溶液。
2.根据权利要求1所述的水系氢氯双离子可充电电池，其特征在于，所述含氢离子和氯离子的酸性水溶液由氯化物、酸性溶液和水配置而成；所述含氢离子和氯离子的酸性水溶液中氯化物的浓度为0.5mol/l～4mol/l，所述含氢离子和氯离子的酸性水溶液的ph值为1～6。
3.根据权利要求2所述的水系氢氯双离子可充电电池，其特征在于，所述氯化物为金属氯化物和四甲基氯化铵中的至少一种，所述金属氯化物为氯化铝、氯化镁、氯化锌、氯化铜、氯化锰、氯化镍、氯化铁、氯化锂、氯化钠和氯化钾中的至少一种；所述酸性溶液的体积占含氢离子和氯离子的酸性水溶液总体积的1％～10％，所述酸性溶液的浓度为0.1mol/l～1mol/l，所述酸性溶液为醋酸水溶液、盐酸溶液、磷酸溶液、碳酸溶液和硫酸溶液中的至少一种。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的水系氢氯双离子可充电电池，其特征在于，所述铝酸盐氧化物的制备方法，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的水系氢氯双离子可充电电池，其特征在于，所述混合溶液中铝离子和m离子的总摩尔浓度为0.1mol/l～4mol/l，所述铝盐与金属m盐的摩尔比为1∶1；所述沉淀剂与混合溶液中铝离子和m离子的总摩尔量的摩尔比为4～8∶...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓健秋，曾涛，赵方正，张力天，王凤，卢照，刘鹏，龙乾新，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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