一種電池制造技術

本發明專利技術涉及一種電池，包括：陽極結構，所述陽極結構包括陽極側電化學活性組分和陽極側液體電解質，所述陽極側電化學活性組分包括以下物質的一種或多種：活性金屬單質、活性金屬離子、活性金屬合金和活性金屬嵌入材料；陰極結構，所述陰極結構包括陰極側電化學活性組分、陰極側液體電解質和陰極側電子導電體；和隔膜，所述隔膜位于陽極結構和陰極結構之間，并將陽極側液體電解質與陰極側液體電解質分隔，所述隔膜是基本不透水的；隔膜與陰極側液體電解質接觸的表面的面積為Am

【技術實現步驟摘要】
一種電池
本專利技術屬于電化學領域，具體涉及一種電池。
技術介紹
金屬空氣電池，是新一代電動汽車用動力電池的強有力的候選者。金屬空氣電池通常以活性金屬作為陽極側電化學活性組分，以空氣中的氧氣作為陰極側電化學活性組分之一。由于氧氣直接來源于空氣而不需存儲在電池內部，金屬-空氣電池因此具有較高的理論比容量。金屬空氣電池有可能實現1000Wh/kg以上的器件能量密度，該能量密度與汽油接近。金屬空氣電池的陽極側電化學活性組分可以是堿金屬、堿土金屬或其它活性金屬。在眾多金屬空氣電池中，鋰空氣電池是當前研究的熱點。金屬鋰具有較負的電極電位(-3.04Vvs.SHE)以及較小的密度(6.95g·mol-1)。當鋰作為電池陽極極材料時，其具有約3.81Ahg-1的比容量，此時，鋰空氣電池的能量密度理論值有可能達3505Wh/kg。在此能量密度下，配備鋰空氣電池的電動汽車續航里程可以達到600公里以上。中國專利CN104701588A公開了一種鋰空氣電池，其特征在于，所述鋰空氣電池包括負極、多孔氧電極、以及夾在負極和多孔氧電極之間的固態電解質層，其中，負極材質包括鋰、鋰合金和/或含金屬鋰的復合物，多孔氧電極采用多孔導電載體、催化劑、離子導體材料、鋰鹽和/或粘接劑均勻混合后干燥得到，固態電解質層的材質包括鋰鑭鋯氧基陶瓷、鋰鑭鈦氧基陶瓷、磷酸鈦鋁鋰基陶瓷和/或硅磷酸鋰基陶瓷。該專利采用高達180-250℃的測試溫度，在該溫度下，固態電解質中的鋰離子電導率接近1S/cm-1。
技術實現思路
本專利技術的一個目的是提供一種電池，本專利技術的再一個目的是提供一種高功率的電池，本專利技術再一個目的是提供一種低成本的電池,本專利技術再一個目的是提供一種體積小的電池。專利技術人發現，一些電池中隔膜的離子透過率較低，該因素是限制電池功率性能的短板。專利技術人進一步發現，通過提高隔膜與陰極(和/或陽極)的面積之比，能夠針對性地提高電池在單位時間的離子透過量，進而顯著改善電池的性能，尤其是功率性能和倍率性能，同時不增加電池其它部分的成本或體積。專利技術人進一步發現，在空間有限的電池空間內，非平面的隔膜(例如曲面的隔膜)比平面的隔膜具有更大的表面積，單位時間的離子透過量更大。非平面的隔膜在改善的電池的性能的同時，還節約電池的體積和成本。本專利技術第一方面提供一種電池，包括：陽極結構，所述陽極結構包括陽極側電化學活性組分和陽極側液體電解質，所述陽極側電化學活性組分包括以下物質的一種或多種：活性金屬單質、活性金屬離子、活性金屬合金和活性金屬嵌入材料；陰極結構，所述陰極結構包括陰極側電化學活性組分、陰極側液體電解質和陰極側電子導電體，陰極側液體電解質是含水的；和隔膜，所述隔膜位于陽極結構和陰極結構之間，并將陽極側液體電解質與陰極側液體電解質分隔，所述隔膜是基本不透水的；隔膜與陰極側液體電解質接觸的表面的面積為Am2，陰極側電子導電體與陰極側液體電解質接觸的表面的面積為Bm2；A:B大于1，優選大于或等于2，再優選大于或等于3，再優選大于或等于4，再優選大于或等于5。在一個實施方案中，本專利技術任一項的電池，隔膜與陽極側液體電解質接觸的表面的面積為Cm2，陽極側電化學活性組分與陽極側液體電解質接觸的表面的面積為Dm2，C:D大于1，優選大于或等于2，再優選大于或等于3，再優選大于或等于4，再優選大于或等于5。上述技術方案中的隔膜面積相對于陽極側電化學活性物質或陰極側電子導電體的面積較大，從而利用較低的電池成本和較小的電池體積，有效提高了電池內部單位時間的離子透過量，實現了電池的功率性能和倍率性能的改善。在一個實施方案中，本專利技術任一項的電池，所述陽極側液體電解質位于陽極側電化學活性組分與隔膜之間。在一個實施方案中，本專利技術任一項的電池，所述陰極側液體電解質位于陰極側電子導電體與隔膜之間。在一個實施方案中，本專利技術任一項的電池，所述陽極側液體電解質是非水的。在一個實施方案中，本專利技術任一項的電池，所述陽極側電化學活性組分是電子導電的固體。在一個實施方案中，本專利技術任一項的電池，所述陰極側電化學活性組分包括水。在一個實施方案中，本專利技術任一項的電池，所述陰極側電化學活性組分包括水溶性的氣態氧化劑、水溶性的液態氧化劑或水溶性的固態氧化劑，所述水溶性的氣態氧化劑優選為O2、空氣、SO2或NO2。在一個實施方案中，本專利技術任一項的電池，隔膜與陽極側液體電解質接觸的表面或隔膜與陰極側液體電解質接觸的表面是非平面的。在一個實施方案中，本專利技術任一項的電池，隔膜與陽極側液體電解質接觸的表面或隔膜與陰極側液體電解質接觸的表面包括曲面。在一個實施方案中，本專利技術任一項的電池，隔膜與陽極側液體電解質接觸的表面或隔膜與陰極側液體電解質接觸的表面包括n次曲面的部分或全部，n為大于或等于2的整數。在一個實施方案中，本專利技術任一項的電池，所述曲面為柱面、球面、橢球面、拋物面、雙曲面或折線形曲面。在一個實施方案中，本專利技術任一項的電池，所述曲面具有一個或多個凸棱和一個或多個凹槽，優選地，所述凸棱和凹槽并排延伸。該電池的隔膜具有較大的表面積和較高的結構強度。在一個實施方案中，本專利技術任一項的電池，所述曲面的母線是折線或曲線。在一個實施方案中，本專利技術任一項的電池，所述曲面的母線為折線，所述折線由多個波浪線線段首尾相接而成。在一個實施方案中，本專利技術任一項的電池，所述曲面的母線為蛇形、波浪形、折線形、凹入的錐形或凹入的盆地形。非平面的隔膜，例如曲面的隔膜，在有限的空間內具有更大的表面積，進而在單位時間內具有更高的離子透過量，從而利用較低的電池成本和電池空間，實現電池功率性能和倍率性能的改善。在一個實施方案中，本專利技術任一項的電池，所述隔膜的厚度為0.1mm以上，例如1～10mm，例如3～5mm。在一個實施方案中，本專利技術任一項的電池，所述隔膜是離子導電的。在一個實施方案中，本專利技術任一項的電池，所述隔膜是鋰離子導體。在一個實施方案中，本專利技術任一項的電池，所述隔膜的離子電導率大于或等于10-7S/cm，例如大于或等于10-5S/cm，例如大于或等于10-3S/cm。在一個實施方案中，本專利技術任一項的電池，所述隔膜是固體隔膜，優選地，所述隔膜包括固體電解質；優選地，所述隔膜包括：選自鈣鈦礦型固體電解質、石榴石型固體電解質、LISICON型固體電解質、Thio-LISICON型固體電解質、NASICON型固體電解質、LiPON型固體電解質中的一種或多種。在一個實施方案中，隔膜與含水液體電解質化學相容。優選地，隔膜與含水液體電解質接觸時，不會反應形成對電池運行有害的產物。在一個實施方案中，隔膜基本無間隙。在一個實施方案中，本專利技術任一項的電池，所述隔膜包括固體電解質。在一個實施方案中，本專利技術任一項的電池，所述隔膜包括選自以下固體電解質中的一種或多種：鈣鈦礦(PEROVSKITE)型固體電解質，例如Li0.5-3xLa0.5+xTiO3；石榴石(GARNET)型固體電解質，例如Li7La3Zr2O12或Li5La3M2O12；LISICON型固體電解質，例如Li14Zn(GeO4)4；Thio-LISICON型固體電解質，例如Li4GeS4、Li2S-P2S5或Li3.25Ge0.25P0.75S4；NASICON型固體電解質，例如LiM2(PO4)3(M＝Ti本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電池，包括：陽極結構(1)，所述陽極結構(1)包括陽極側電化學活性組分(110)和陽極側液體電解質(120)，所述陽極側電化學活性組分(110)包括以下物質的一種或多種：活性金屬單質、活性金屬離子、活性金屬合金和活性金屬嵌入材料；陰極結構(2)，所述陰極結構(2)包括陰極側電化學活性組分(210)、陰極側液體電解質(220)和陰極側電子導電體(230)，所述陰極側液體電解質(220)是含水的；和隔膜(3)，所述隔膜(3)位于陽極結構(1)和陰極結構(2)之間，并將陽極側液體電解質(120)與陰極側液體電解質(220)分隔，所述隔膜(3)是基本不透水的；隔膜(3)與陰極側液體電解質(220)接觸的表面的面積為Am

【技術特征摘要】
1.一種電池，包括：陽極結構(1)，所述陽極結構(1)包括陽極側電化學活性組分(110)和陽極側液體電解質(120)，所述陽極側電化學活性組分(110)包括以下物質的一種或多種：活性金屬單質、活性金屬離子、活性金屬合金和活性金屬嵌入材料；陰極結構(2)，所述陰極結構(2)包括陰極側電化學活性組分(210)、陰極側液體電解質(220)和陰極側電子導電體(230)，所述陰極側液體電解質(220)是含水的；和隔膜(3)，所述隔膜(3)位于陽極結構(1)和陰極結構(2)之間，并將陽極側液體電解質(120)與陰極側液體電解質(220)分隔，所述隔膜(3)是基本不透水的；隔膜(3)與陰極側液體電解質(220)接觸的表面的面積為Am2，陰極側電子導電體(230)與陰極側液體電解質(220)接觸的表面的面積為Bm2；A:B大于1，優選大于或等于2，再優選大于或等于3，再優選大于或等于4，再優選大于或等于5。2.根據權利要求1所述的電池，隔膜(3)與陽極側液體電解質(120)接觸的表面的面積為Cm2，陽極側電化學活性組分(110)與陽極側液體電解質(120)接觸的表面的面積為Dm2，C:D大于1，優選大于或等于2，再優選大于或等于3，再優選大于或等于4，再優選大于或等于5。3.根據權利要求1所述的電池，所述陽極側液體電解質(120)位于陽極側電化學活性組分(110)與隔膜(3)之間。4.根據權利要求1所述的電池，所述陰極側液體電解質(220)位于陰極側電子導電體(230)與隔膜(3)之間。5.根據權利要求1所述的電池，所述陽極側液體電解質(120)是非水的。6.根據權利要求1所述的電池，所述陽極側電化學活性組分(110)是電子導電的固體。7.根據權利要求1所述的電池，所述陰極側電化學活性組分(210)包括水。8.根據權利要求1所述的電池，所述陰極側電化學活性組分(210)包括水溶性的氣態氧化劑、水溶性的液態氧化劑或水溶性的固態氧化劑，所述水溶性的氣態氧化劑優選為O2、空氣、SO2或NO2。9.根據權利要求1所述的電池，隔膜(3)與陽極側液體電解質(120)接觸的表面或隔膜(3)與陰極側液體電解質(220)接觸的表面是非平面的。10.根據權利要求1所述的電池，隔膜(3)與陽極側液體電解質(120)接觸的表面或隔膜(3)與陰極側液體電解質(220)接觸的表面包括曲面。11.根據權利要求10所述的電池，隔膜(3)與陽極側液體電解質(12...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鐘寬，劉洪明，林炳輝，王文華，
申請(專利權)人：珠海格力電器股份有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東,44