无金属高电压电池的制作方法

技术特征：
1.一种高电压无金属电池，包括：包含阴极电活性材料的阴极，其中，所述阴极电活性材料包括有机化合物、氧化物、氢氧化物、羟基氧化物、硫化物和它们的组合中的至少一种；包含阳极电活性材料的阳极，其中，所述阳极电活性材料包括有机化合物、氧化物、氢氧化物、羟基氧化物、硫化物和它们的组合中的至少一种；与所述阴极接触的阴极电解质，其中，所述阴极电解质不与所述阳极接触，并且其中所述阴极电解质的ph小于4；以及与所述阳极接触的阳极电解质，其中，所述阳极电解质不与所述阴极接触，并且其中所述阳极电解质的ph大于10。2.根据权利要求1所述的电池，其中，所述阴极电活性材料或所述阳极电活性材料中的至少一种不具有氧化态为零的金属。3.根据权利要求1所述的电池，所述电池进一步包括设置在所述阳极电解质和所述阴极电解质之间的隔离件，其中，所述隔离件具有离子选择特性。4.根据权利要求3所述的电池，其中，所述隔离件包括离子选择性凝胶；并且其中所述离子选择性凝胶包括离聚物、双极性膜、阳离子交换膜、阴离子交换膜、接枝具有离子选择特性的玻璃纸、接枝具有离子选择特性的聚乙烯醇、陶瓷隔离件、nasicon、lisicon，或它们的任意组合。5.根据权利要求3所述的电池，其中，所述隔离件是由离子选择性离聚物和缓冲剂组成的凝胶化层；其中，所述缓冲剂包括碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸氢钠，或它们的任意组合；并且其中所述离聚物包括酸形式的全氟磺酸(pfsa)/聚四氟乙烯(ptfe)共聚物、具有聚芳族聚合物的阴离子交换离聚物，或它们的组合。6.根据权利要求1所述的电池，其中，所述阳极电解质包括第一凝胶化电解质溶液，并且其中所述阴极电解质包括第二凝胶化电解质溶液。7.根据权利要求1所述的电池，其中，所述阴极电活性材料包括以下中的至少一种：锰氧化物，二氧化锰(mno2)、mn2o3、mn3o4、mno；锰氢氧化物，mnooh、mn(oh)2；银氧化物，ago、ag2o；镍氧化物：nio、ni2o3；镍氢氧化物，niooh、ni(oh)2；钴氧化物，co3o4、coo；钴氢氧化物；铅氧化物，pbo、pbo2；铜氧化物，cuo、cu2o；铜氢氧化物；高铁酸钾(k2feo4)；高铁酸钡(bafeo4)；六氰合铁酸铜；磷酸铁锂；锂镍锰钴氧化物；锂锰氧化物：limn2o4、li2mno3；杯[4]醌；1,4-萘醌；9,10-蒽醌；铜硫化物；镍硫化物；锰硫化物；钨氧化物；锡氧化物；锡硫化物；二硫化钨；钒氧化物；以及它们的任意混合物。8.根据权利要求1所述的电池，其中，所述阳极电活性材料包括以下中的至少一种：锰氧化物，二氧化锰(mno2)、mn2o3、mn3o4、mno；锰氢氧化物，mnooh、mn(oh)2；银氧化物，ago、ag2o；镍氧化物，nio、ni2o3；镍氢氧化物，niooh、ni(oh)2；钴氧化物，co3o4、coo；钴氢氧化物；铅氧化物：pbo、pbo2；铜氧化物：cuo、cu2o；铜氢氧化物；高铁酸钾(k2feo4)；高铁酸钡(bafeo4)；六氰合铁酸铜；磷酸铁锂；锂镍锰钴氧化物；锂锰氧化物：limn2o4、li2mno3；杯[4]醌；1,4-萘醌；9,10-蒽醌；铜硫化物；镍硫化物；锰硫化物；钨氧化物；锡氧化物；锡硫化物；二硫化钨；钒氧化物；以及它们的任意混合物。9.根据权利要求1所述的电池，其中，所述阴极或所述阳极或者所述阴极和所述阳极包括导电碳；其中所述导电碳与所述阴极活性材料或所述阳极活性材料或者所述阴极活性材
料和所述阳极活性材料分别混合；并且其中所述导电碳包括石墨、碳纤维、炭黑、乙炔黑、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、镍涂覆的碳纳米管、铜涂覆的碳纳米管、单壁碳纳米管的分散体、多壁碳纳米管的分散体、石墨烯、石墨炔、氧化石墨烯，以及它们的组合。10.根据权利要求1所述的电池，其中，所述阴极或所述阳极或者所述阴极和所述阳极包括添加剂和/或掺杂剂；并且其中所述添加剂和/或掺杂剂包括铋氧化物、铜氧化物、铟氢氧化物、铟氧化物、铝氧化物、镍氢氧化物、镍氧化物、银氧化物、钴氧化物、钴氢氧化物、铅氧化物、二氧化铅、醌，或它们的组合。11.根据权利要求1所述的电池，其中，所述阴极或所述阳极或者所述阴极和所述阳极包括粘合剂，并且其中所述粘合剂包括甲基纤维素(mc)、羧甲基纤维素(cmc)、羟丙基纤维素(hph)、羟丙基甲基纤维素(hpmc)、羟乙基甲基纤维素(hemc)、羧甲基羟乙基纤维素、羟乙基纤维素(hec)、聚乙烯醇、teflon，或它们的组合。12.根据权利要求1所述的电池，其中，所述阴极或所述阳极或者所述阴极和所述阳极包括压制在集流体上的阴极材料；其中所述集流体包括碳、铅、镍、钢、不锈钢、镀镍钢、镀镍铜、镀锡钢、镀铜镍、镀银铜、铜、镁、铝、锡、铁、铂、银、金、铋、钛、冷轧钢、半镍半铜、聚丙烯，或它们的任意组合。13.根据权利要求10所述的电池，其中，所述集流体是箔、网、穿孔箔、泡沫、毡、纤维、多孔块状结构、蜂窝状网、海绵状，或它们的任意组合。14.根据权利要求1所述的电池，其中，基于所述阴极的总重量，所述阴极包括1wt％至99wt％的阴极电活性材料、1wt％至99wt％的导电碳、0wt％至30wt％的添加剂和/或掺杂剂，以及0wt％至10wt％的粘合剂。15.根据权利要求1所述的电池，其中，基于所述阳极的总重量，所述阳极包括1wt％至99wt％的阳极电活性材料、1wt％至99wt％的导电碳、0wt％至30wt％的添加剂和/或掺杂剂，以及0wt％至10wt％的粘合剂。16.根据权利要求1所述的电池，其中，所述阴极电解质包括酸性电解质；并且其中所述酸性电解质包括磷酸氢盐、碳酸氢盐、铵阳离子、硫化氢、乙酸、氟化氢、磷酸、硫酸、硝酸、盐酸、溴化氢、氢碘酸、三氟甲磺酸，以及它们的任意混合物中的至少一种。17.根据权利要求16所述的电池，其中，所述酸性电解质以约0.1m至约16m的浓度存在于所述阴极电解质中。18.根据权利要求1所述的电池，其中，所述阴极电解质包括阴极电解质添加剂，并且其中所述阴极电解质添加剂包括以下中的至少一种：硫酸锰、硫酸镍、高锰酸钾、氯化锰、醋酸锰、三氟甲磺酸锰、氯化铋、硝酸铋、硝酸锰、硫酸镍、硝酸镍、硫酸锌、氯化锌、醋酸锌、三氟甲磺酸锌、氯化铟、硫酸铜、氯化铜、硫酸铅、过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、氯化铵、香兰素、氯化钾、氯化钠、硝酸锂、氯化锂、碳酸锂、醋酸锂、三氟甲磺酸锂、三氟甲磺酸铝、氯化铝、硝酸铝、硫酸钾、硫酸钠、硫酸铵、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸氢钠，以及它们的任意混合物。19.根据权利要求1所述的电池，其中，所述阳极电解质包括碱性电解质；并且其中所述碱性电解质包括氨、甲胺、甘氨酸、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铯、氢氧化铷、氢氧化钙、氢氧化锶、氢氧化钡以及它们的任意混合物中的至少一种。20.根据权利要求19所述的电池，其中，所述碱性电解质以基于所述阳极电解质的总重
量的10wt％至60wt％的量存在于所述阳极电解质中。21.根据权利要求1所述的电池，其中，所述阳极电解质包括阳极电解质添加剂；并且其中所述阳极电解质添加剂包括香兰素、氢氧化铟、醋酸锌、氧化锌、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇、乙醇、甲醇、葡萄糖酸锌、葡萄糖酸锰、醋酸锰、葡萄糖以及它们的任意混合物中的至少一种。22.根据权利要求1所述的电池，其中，所述阴极电解质或所述阳极电解质或者所述阴极电解质和所述阳极电解质是凝胶化的或聚合的。23.根据权利要求1所述的电池，其中，所述电池的特征在于大于约1.6v至约5v的平均放电电位。24.根据权利要求1所述的电池，其中，所述电池的特征在于等于或大于约2v至约5v的平均放电电位。25.一种高电压无金属电池，包括：包含阴极电活性材料的阴极，其中所述阴极电活性材料包括有机化合物、氧化物、氢氧化物、羟基氧化物、硫化物和它们的组合中的至少一种；包含阳极电活性材料的阳极，其中所述阳极电活性材料包括有机化合物、氧化物、氢氧化物、羟基氧化物、硫化物和它们的组合中的至少一种；与所述阴极接触的阴极电解质，其中所述阴极电解质不与所述阳极接触，并且其中所述阴极电解质的ph小于2；与所述阳极接触的阳极电解质，其中所述阳极电解质不与所述阴极接触，并且其中所述阳极电解质的ph大于12；和设置在所述阳极电解质和所述阴极电解质之间的隔离件，其中所述隔离件具有离子选择特性。26.根据权利要求25所述的电池，其中，所述阴极电解质包括酸性电解质；其中所述酸性电解质包括磷酸氢盐、碳酸氢盐、铵阳离子、硫化氢、乙酸、氟化氢、磷酸、硫酸、硝酸、盐酸、溴化氢、氢碘酸、三氟甲磺酸，以及它们的任意混合物中的至少一种；并且其中所述酸性电解质以约1m至约16m的浓度存在于所述阴极电解质中。27.根据权利要求25所述的电池，其中，所述阳极电解质包括碱性电解质；其中所述碱性电解质包括氨、甲胺、甘氨酸、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铯、氢氧化铷、氢氧化钙、氢氧化锶、氢氧化钡以及它们的任意混合物中的至少一种；并且其中所述碱性电解质基于所述阳极电解质的总重量以20wt％至60wt％的量存在于所述阳极电解质中。28.根据权利要求25所述的电池，其中，所述电池的特征在于约2v至约5v的平均放电电位。29.一种形成高电压无金属电池的方法，所述方法包括：设置与阴极接触的阴极电解质，其中所述阴极包括阴极电活性材料；其中所述阴极电活性材料包括有机化合物、氧化物、氢氧化物、羟基氧化物、硫化物及它们的组合中的至少一种；并且其中所述阴极电解质的ph小于4；设置与阳极接触的阳极电解质，其中所述阳极包括阳极电活性材料，其中所述阳极电活性材料包括有机化合物、氧化物、氢氧化物、羟基氧化物、硫化物及它们的组合中的至少一种；并且其中所述阳极电解质的ph大于10；以及
在所述阳极电解质和所述阴极电解质之间设置至少一个隔离件或缓冲层，其中所述阴极电解质不与所述阳极接触，并且其中所述阳极电解质不与所述阴极接触。30.根据权利要求29所述的方法，进一步包括：将所述阴极电解质、所述阳极电解质、所述阳极、所述阴极，和所述隔离件或缓冲层设置在壳体中以形成所述高电压无金属电池。31.根据权利要求29所述的方法，其中，所述隔离件或缓冲层具有离子选择特性。32.根据权利要求29所述的方法，其中，所述阴极电解质包括酸性电解质；其中所述酸性电解质包括磷酸氢盐、碳酸氢盐、铵阳离子、硫化氢、乙酸、氟化氢、磷酸、硫酸、硝酸、盐酸、溴化氢、氢碘酸、三氟甲磺酸以及它们的任意混合物中的至少一种；并且其中所述酸性电解质以约1m至约16m的浓度存在于所述阴极电解质中。33.根据权利要求29所述的方法，其中，所述阳极电解质包括碱性电解质；其中所述碱性电解质包括氨、甲胺、甘氨酸、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铯、氢氧化铷、氢氧化钙、氢氧化锶、氢氧化钡以及它们的任意混合物中的至少一种；并且其中所述碱性电解质基于所述阳极电解质的总重量以20wt％至60wt％的量存在于所述阳极电解质中。34.一种产生能量的方法，包括：使高电压无金属电池放电至放电电压以产生能量，其中所述高电压无金属电池包括：包含阴极电活性材料的阴极，其中所述阴极电活性材料包括有机化合物、氧化物、氢氧化物、羟基氧化物、硫化物和它们的组合中的至少一种；包含阳极电活性材料的阳极，其中所述阳极电活性材料包括有机化合物、氧化物、氢氧化物、羟基氧化物、硫化物和它们的组合中的至少一种；并且其中所述阳极电活性材料的至少一部分在所述放电过程中被氧化以形成氧化的阳极材料；与所述阴极接触的阴极电解质，其中所述阴极电解质不与所述阳极接触，并且其中所述阴极电解质的ph小于4；以及与所述阳极接触的阳极电解质，其中所述阳极电解质不与所述阴极接触，并且其中所述阳极电解质的ph大于10；以及将所述高电压无金属电池充电至充电电压，其中所述氧化的阳极材料的至少一部分在充电过程中被还原成所述阳极电活性材料。35.根据权利要求34所述的方法，其中，所述放电电压等于或大于约2v。36.根据权利要求34所述的方法，其中，所述阴极电解质包括酸性电解质；并且其中所述酸性电解质包括磷酸氢盐、碳酸氢盐、铵阳离子、硫化氢、乙酸、氟化氢、磷酸、硫酸、硝酸、盐酸、溴化氢、氢碘酸、三氟甲磺酸以及它们的任意混合物中的至少一种；并且其中所述酸性电解质以约1m至约16m的浓度存在于所述阴极电解质中。37.根据权利要求34所述的方法，其中，所述阳极电解质包括碱性电解质；其中所述碱性电解质包括氨、甲胺、甘氨酸、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铯、氢氧化铷、氢氧化钙、氢氧化锶、氢氧化钡以及它们的任意混合物中的至少一种；并且其中所述碱性电解质基于所述阳极电解质的总重量以20wt％至60wt％的量存在于所述阳极电解质中。

技术总结
本申请涉及一种高电压无金属电池，包括：包含阴极电活性材料的阴极，其中所述阴极电活性材料包括有机化合物、氧化物、氢氧化物、羟基氧化物、硫化物及它们的组合中的至少一种；包含阳极电活性材料的阳极，其中所述阳极电活性材料包括有机化合物、氧化物、氢氧化物、羟基氧化物、硫化物及它们的组合中的至少一种；与所述阴极接触的阴极电解质，其中所述阴极电解质不与所述阳极接触；以及，与所述阳极接触的阳极电解质，其中所述阳极电解质不与所述阴极接触。所述阴极电解质的pH小于4，所述阳极电解质的pH大于10。所述电池包括隔离件，其中所述隔离件具有离子选择特性。离件具有离子选择特性。离件具有离子选择特性。


技术研发人员：乔达摩
受保护的技术使用者：城市电力公司
技术研发日：2021.04.12
技术公布日：2023/2/13