【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池，具体涉及一种以氧化锰为负极材料的水系锂离子电池及其应用。
技术介绍
1、随着全球能源结构的转型和电动汽车、便携式电子设备等领域的快速发展，对高性能、环保的电池技术的需求日益增加。传统的锂离子电池使用有机电解液，虽然具有较高的能量密度，但存在安全隐患，如易燃、易爆等。此外，有机电解液的生产和回收处理也对环境造成了负担。水系锂离子电池因其使用水系电解质，具有安全性高、不燃不爆、环境友好和成本低廉等优点，成为电池
的研究热点。然而，水系锂离子电池电极材料的选择和电化学性能的提升是制约其广泛应用的主要技术挑战。在负极材料方面，传统的石墨材料在水系电解质中的稳定性和电化学性能存在局限性，这限制了水系锂离子电池的性能和寿命。因此，开发新型、高性能的负极材料对于推动水系锂离子电池的商业化应用至关重要。
2、二氧化锰(mno2)是一种具有较高理论比容量的材料其价格低廉，对环境友好，同时具有出色的安全性能，降低了电池发生安全事故的风险。此外，mno2具有较高的放电平台，与正极相匹配的电池电压较低，在水系电解液的分解电压之内，提高电池的整体稳定性。加上其制备工艺成熟，易于大规模生产和改性，使其成为水系锂离子电池中一种兼具性能和应用潜力的负极材料。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种以二氧化锰为负极材料的水系锂离子电池及其制备方法。本专利技术的目标是为水系锂离子电池提供一种新型的、性能优异的负极材料，提高水系锂离子电池的稳定性，以推动该领域的技术进步和应用
2、本专利技术的目的是采取下述技术方案来实现的：
3、一种水系锂离子电池，所述电池包括：电池壳体以及置于所述电池壳体内的正极、负极、水系电解液和隔膜；所述正极的活性物质包括licoo2、limn2o4、lifepo4或lini0.5mn1.5o4，所选材料具有高比容量和良好的循环稳定性；所述负极的活性物质包括α-mno2、γ-mno2、δ-mno2其中的一种或多种材料，这些材料具有较高的放电平台，与正极匹配的电池电压较低，在水系电解液的分解电压之内，提高了电池的整体稳定性。
4、在上述水系电解液中，锂盐溶于混合溶剂中的质量摩尔浓度可为0.05～20mol/kg；水与添加剂混合的摩尔质量比为0.1:2～3:1。
5、优选的，所述水系电解液包括水溶性锂盐溶液，所述的锂盐包括高氯酸锂(licio4)、硝酸锂(lino3)、硫酸锂(liso4)、六氟磷酸锂(lipf6)、双乙二酸硼酸锂(lib(c2o4)2)、二氟草酸硼酸锂(libf4)和双三氟甲基磺酰亚胺锂(litfsi)中的至少一种；
6、优选的，所述添加剂选碳酸酯类化合物、硫酰基类化合物和氰基类化合物中的至少之一，碳酸酯类化合物有碳酸乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯；硫酰基类化合物有二甲基亚砜、亚硫酰氯、硫酰氯和苯磺酰氯；氰基类化合物有乙腈、丁二腈和戊二腈。
7、优选的，所述隔膜包括聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、聚丙烯聚乙烯复合隔膜、玻璃纤维隔膜、无纺布或nafion膜。
8、基于同一专利技术构思本专利技术还提供了一种水系锂离子电池的制备方法，用于制备所述的一种水系锂离子电池，所述方法包括如下步骤：
9、将包含licoo2、limn2o4、lifepo4或lini0.5mn1.5o4的正极浆料涂覆于正极集流体表面，经加热干燥制成正极；将包含α-mno2、γ-mno2、δ-mno2其中的一种或多种负极浆料涂覆于负极集流体表面经加热干燥制成负极；将所述正极、隔膜、负极加工成型装入所述电池壳体，向电池壳体内加入水系电解液后密封制得所述水系锂离子电池。
10、优选的，所述将包含licoo2、limn2o4、lifepo4或lini0.5mn1.5o4的正极浆料涂覆于正极集流体表面制成正极电极片包括：将正极材料、导电炭黑(super p)、聚偏氟乙烯(pvdf)按照6-9:0.2-4:0.2-4的质量比进行研磨混合，继而加入n-甲基吡咯烷酮(nmp)混合均匀制得所述正极浆料。
11、优选的，所述正极集流体包括铜箔、不锈钢箔、铝箔、钛箔、石墨箔、镍箔、碳纤维布或复合集流体，如导电树脂、覆碳铝箔及钛镍形状记忆合金。
12、优选的，所述将包含α-mno2、γ-mno2、δ-mno2其中的一种或多种材料的负极浆料涂覆于负极集流体表面制成负极包括：将负极材料与导电炭黑(super p)、聚偏氟乙烯(pvdf)按照6-9:0.2-4:0.2-4的质量比进行研磨混合，继而加入n-甲基吡咯烷酮(nmp)混合均匀制得所述负极浆料。
13、优选的，所述负极集流体包括铜箔、不锈钢箔、铝箔、钛箔、石墨箔、镍箔、碳纤维布或复合集流体，如导电树脂、覆碳铝箔及钛镍形状记忆合金。
14、优选的，所述加热干燥的温度包括50-200℃。
15、与现有技术相比，本专利技术提供的技术方案的有益效果为：
16、(1)本专利技术公开的水系锂离子电池，采用安全性高的水溶性锂盐和添加液作为电解液，提升了电池的稳定性和安全性；
17、(2)本专利技术采用二氧化锰(mno2)为负极材料，其具有较高的理论比容量和稳定的电化学性能，有助于提升电池的能量密度和循环稳定性。
18、(3)本专利技术采用licoo2、limn2o4、lifepo4或lini0.5mn1.5o4作为正极，以α-mno2、δ-mno2、γ-mno2其中的一种或多种材料为负极，所选负极材料制造工艺成熟，易于大规模生产和改性，降低了锂电池的制造成本；
19、(4)本专利技术在电解液中加入添加剂，抑制水的分解，扩宽体系中水分解的电化学窗口，从而提升了电池的性能和使用寿命。
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1.一种水系锂离子电池，其特征在于，所述电池包括：电池壳体及置于所述电池壳体内的正极、负极、水系电解液和隔膜；所述正极的活性物质包括LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4或LiNi0.5Mn1.5O4；所述负极的活性物质包括α-MnO2、γ-MnO2、δ-MnO2中的一种或多种材料。
2.如权利要求1所述的一种水系锂离子电池，其特征在于，所述水系电解液包括水溶性锂盐溶液和添加剂。
3.如权利要求1所述的一种水系锂离子电池，其特征在于，所述隔膜包括聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、玻璃纤维隔膜、无纺布、Nafion膜及其复合膜。
4.如权利要求2所述的一种水系锂离子电池，其特征在于，在此电解液中，锂盐溶于混合溶剂中的质量摩尔浓度可为0.05～20mol/kg；水与添加剂混合的摩尔质量比为0.1:2～3:1。
5.一种水系锂离子电池的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1-4任一所述的一种水系锂离子电池，所述方法包括如下步骤：
6.如权利要求2所述的一种水系锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述锂盐是高氯酸锂(LiCIO4)
7.如权利要求2所述的一种水系锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述添加剂为碳酸酯类化合物、硫酰基类化合物和氰基类化合物中的至少之一，碳酸酯类化合物有碳酸乙烯酯和氟代碳酸乙烯酯；硫酰基类化合物有二甲基亚砜、亚硫酰氯、硫酰氯和苯磺酰氯；氰基类化合物有乙腈、丁二腈和戊二腈。
8.如权利要求4所述的一种水系锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述将包含LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4或LiNi0.5Mn1.5O4正极浆料涂覆于正极集流体表面制得的正极包括：将LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4或LiNi0.5Mn1.5O4材料、导电炭黑(Super P)、聚偏氟乙烯(PVDF)按照6-9:0.2-4:0.2-4的质量比进行研磨混合，继而加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)混合制得所述正极浆料。
9.如权利要求4所述的一种水系锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述正极集流体包括铜箔、不锈钢箔、铝箔、钛箔、石墨箔、镍箔、碳纤维布或复合集流体，如导电树脂、覆碳铝箔及钛镍形状记忆合金。
10.如权利要求4所述的一种水系锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述将包含α-MnO2、δ-MnO2、γ-MnO2其中的一种或多种材料的负极浆料涂覆于负极集流体表面制成负极包括：将层状α-MnO2、δ-MnO2、γ-MnO2纳米棒其中的一种或多种材料、导电炭黑(Super P)、聚偏氟乙烯(PVDF)按照6-9:0.2-4:0.2-4的质量比进行研磨混合，继而加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)混合制得所述负极浆料。
...【技术特征摘要】
1.一种水系锂离子电池，其特征在于，所述电池包括：电池壳体及置于所述电池壳体内的正极、负极、水系电解液和隔膜；所述正极的活性物质包括licoo2、limn2o4、lifepo4或lini0.5mn1.5o4；所述负极的活性物质包括α-mno2、γ-mno2、δ-mno2中的一种或多种材料。
2.如权利要求1所述的一种水系锂离子电池，其特征在于，所述水系电解液包括水溶性锂盐溶液和添加剂。
3.如权利要求1所述的一种水系锂离子电池，其特征在于，所述隔膜包括聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜、玻璃纤维隔膜、无纺布、nafion膜及其复合膜。
4.如权利要求2所述的一种水系锂离子电池，其特征在于，在此电解液中，锂盐溶于混合溶剂中的质量摩尔浓度可为0.05～20mol/kg；水与添加剂混合的摩尔质量比为0.1:2～3:1。
5.一种水系锂离子电池的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1-4任一所述的一种水系锂离子电池，所述方法包括如下步骤：
6.如权利要求2所述的一种水系锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述锂盐是高氯酸锂(licio4)、硝酸锂(lino3)、硫酸锂(liso4)、六氟磷酸锂(lipf6)、双乙二酸硼酸锂(lib(c2o4)2)、二氟草酸硼酸锂(libf4)和双三氟甲基磺酰亚胺锂(litfsi)中的至少一种；
7.如权利要求2所述的一种水系锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述添加剂为...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾维尚，吴娜，周绮倩，邢鑫蕊，石永娟，张梦瑜，阳耀月，
申请(专利权)人：西南民族大学，
类型：发明
国别省市：
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