本發(fā)明屬于電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域，具體涉及一種電池。
背景技術(shù)：
：人類對新能源的廣泛運(yùn)用，導(dǎo)致了二次電池市場的急速擴(kuò)大。當(dāng)前新能源體系中對二次電池的要求無處不在。無論是電動(dòng)汽車，風(fēng)能，太陽能并網(wǎng)還是電網(wǎng)調(diào)峰，都急需一種廉價(jià)，可靠，安全和壽命長的二次電池。目前所發(fā)展的二次電池主要集中在鋰離子電池，高溫鈉硫電池，鈉鎳氯電池和釩液流電池。這些電池都具有各自的優(yōu)點(diǎn)，比如鋰離子電池和高溫鈉硫電池壽命長以及能量密度高，釩液流電池更是理論上具備無限的壽命等。但無論哪種電池，都無法同時(shí)滿足廉價(jià)，可靠，安全和壽命長的要求。傳統(tǒng)的鋰離子電池過于昂貴，且有安全隱患；高溫鈉硫電池制造技術(shù)門檻高，售價(jià)昂貴；釩液流電池多項(xiàng)技術(shù)瓶頸目前都未能獲得突破等。為此很多研究者都致力于水系鋰離子電池的研究，希望以此大幅降低鋰離子電池的成本，并提出了一些以limn2o4為正極，釩的氧化物例如liv3o8等為負(fù)極、水為電解液的電池，但此類電池容易漏液，不夠安全的同時(shí)，也降低了電池的容量，從而使得壽命較短。另外，還不方便搬運(yùn)和存儲(chǔ)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明旨在提供一種安全可靠、壽命較長，且方便搬運(yùn)和存儲(chǔ)的電池。本發(fā)明提供了一種電池，包括正極、負(fù)極和電解液，所述電解液包括電解質(zhì)和能夠溶解所述電解質(zhì)并使所述電解質(zhì)電離的水溶液或者醇溶液中的至少一種；所述電解液還包括使電解液凝膠的二氧化硅。本發(fā)明的有益效果：二氧化硅使電解液成凝膠狀。這樣，電池?zé)o論如何放置都不會(huì)漏液，從而使得電池安全可靠、壽命較長，方便搬運(yùn)和存儲(chǔ)。優(yōu)選的，所述二氧化硅為由四氯化硅通過氣相法制備的氣相二氧化硅。優(yōu)選的，所述二氧化硅由硅酸鹽制備。優(yōu)選的，所述硅酸鹽選自硅酸鋁、硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鈣、硅酸磷、硅酸鋁鎂、硅酸鎂鋰中的一種。優(yōu)選的，所述電解液凝膠后具有二氧化硅膠粒，所述膠粒的粒徑不大于20nm。優(yōu)選的，所述膠粒的粒徑位于10～20nm之間。優(yōu)選的，所述膠粒的粒徑位于5～7nm之間。優(yōu)選的，所述膠粒具有粒徑位于10～20nm之間的第一組和粒徑位于5～7nm之間的第二組。優(yōu)選的，所述膠粒的粒徑小于5nm。優(yōu)選的，所述二氧化硅在所述電解液中的重量占比為0.2％～20％。優(yōu)選的，所述電解液還包括膠體穩(wěn)定劑，所述膠體穩(wěn)定劑選自聚乙烯醇、糊精、甘油、聚乙二醇、聚丙烯酰胺和脂肪醇聚氧乙烯醚中的至少一種。優(yōu)選的，所述正極包括正極集流體和參與電化學(xué)反應(yīng)的正極活性物質(zhì)，所述正極活性物質(zhì)能夠可逆脫出-嵌入離子；所述負(fù)極至少包括負(fù)極集流體；所述電解質(zhì)能夠電離出至少一種充放電過程中在所述負(fù)極發(fā)生還原-沉積和氧化-溶解的活性離子，所述活性離子包括金屬離子，所述金屬選自zn、fe、cr、cu、mn、ni、sn中的至少一種。優(yōu)選的，所述金屬離子以硫酸鹽、醋酸鹽或硫酸鹽和醋酸鹽的混合物的形式存在于所述電解液中。優(yōu)選的，所述正極活性物質(zhì)能夠可逆脫出-嵌入鋰離子、鈉離子、鋅離子或鎂離子。具體實(shí)施方式本發(fā)明提供的電池不但安全可靠和具有較長的壽命，而且非常方便搬運(yùn)和存儲(chǔ)，在如手機(jī)、筆記本電腦等便攜式電子產(chǎn)品，電動(dòng)汽車，電動(dòng)自行車，電動(dòng)工具等領(lǐng)域具有可觀的應(yīng)用前景。本發(fā)明揭示了一種電池，電池包括正極，負(fù)極和電解液，電解液包括電解質(zhì)和能夠溶解電解質(zhì)并使電解質(zhì)電離的水溶液或者醇溶液中的至少一種；其中，電解液還包括使電解液凝膠的二氧化硅。這樣，使電解液處于凝膠態(tài)，電池不會(huì)產(chǎn)生漏液，從而使得電池不但安全可靠和具有較長壽命，而且非常方便搬運(yùn)和存儲(chǔ)。電解液凝膠后形成二氧化硅膠粒。膠粒的粒徑不同，其比表面積相差很大。而膠粒的粒徑主要取決于制備工藝。如表1所示，粒徑越小，膠粒的比表面積越大。相應(yīng)的，膠粒的比表面積越大，膠粒的表面能就愈大，膠粒的反應(yīng)活性也相應(yīng)增加。表1粒徑d(nm)比表面積(m2/g)<3>10003～4750～9007～8350～40011～13190～27016～20130～170當(dāng)粒徑較小時(shí)，膠粒間很容易發(fā)生反應(yīng)形成化學(xué)鍵。當(dāng)膠粒靠近時(shí)，膠粒間通過硅醇縮合，形成硅氧鍵，凝膠主要依靠硅氧鍵搭起來的骨架支撐著。骨架中可以包裹水或醇，從而形成凝膠。而形成硅氧鍵的過程是不可逆的，使得依靠硅氧鍵形成的骨架難以被拆散。因此，粒徑較小時(shí)，其膠凝速度很快，形成凝膠致密、堅(jiān)硬、強(qiáng)度大。而隨著粒徑的增大，膠粒的表面活性降低，膠粒中心距也逐漸加大，粒子間相互反應(yīng)形成硅氧鍵的機(jī)會(huì)減少。少量較小的膠粒聯(lián)結(jié)成較大的膠粒后，體系中粒子的聚集速率就會(huì)減少。此時(shí)，膠粒間不能靠形成硅氧鍵而構(gòu)成三維骨架。二氧化硅膠粒表面具有很多羥基，此時(shí)可通過氫鍵結(jié)合，以氫鍵形式構(gòu)成三維骨架。而氫鍵是分子間的一種弱結(jié)合，容易被破壞。因此?？繗滏I形成的骨架容易被拆散，只要稍加剪切力，骨架就被破壞，包裹在骨架中的水或醇就可以釋放出來。但一旦去掉剪切力，骨架結(jié)構(gòu)又重新建立，水或醇又重新被包裹。綜上所述，骨架的形成和拆散完全是可逆的，凝膠柔軟而有彈性，觸變性較好。優(yōu)選的，膠粒的粒徑不大于20nm。若膠粒粒徑過大，盡管凝膠切稀性很好，但三維骨架形成很慢，不足以很好的凝膠化，且水化現(xiàn)象也較為嚴(yán)重。優(yōu)選的，膠粒的粒徑位于10～20nm之間。優(yōu)選的，膠粒的粒徑不大于10nm。優(yōu)選的，膠粒的粒徑位于5～7nm之間。優(yōu)選的，膠粒的粒徑位于3～5nm之間。優(yōu)選的，膠粒具有粒徑位于10～20nm之間的第一組和粒徑位于5～7nm之間的第二組。如此粗細(xì)膠粒合理搭配，使凝膠軟而有彈性，且強(qiáng)度適中，復(fù)凝性好。從而保證凝膠具有一定韌性的同時(shí)，強(qiáng)度也適中。另外，欲獲得性能優(yōu)越的凝膠電解液，不僅要改變二氧化硅膠粒的大小，控制粒子表面羥基縮合程度，而且還要調(diào)整二氧化硅的含量。電解液中，二氧化硅在電解液中的重量占比為0.2％～20％，從而保證電解液具有較好的凝膠性能。優(yōu)選的，二氧化硅在電解液中的重量占比為0.2～0.5％，進(jìn)一步改善了電解液的凝膠性能。優(yōu)選的，二氧化硅在電解液中的重量占比為1.0～20％，進(jìn)一步改善了電解液的凝膠性能。優(yōu)選的，二氧化硅在電解液中的重量占比為1.0～3.2％。優(yōu)選的，二氧化硅在電解液中的重量占比為4.0～4.5％。優(yōu)選的，二氧化硅在電解液中的重量占比為5.0～20％。優(yōu)選的，二氧化硅為由四氯化硅通過氣相法制備的氣相二氧化硅。氣相法又叫熱解法、干法或燃燒法。其原料為四氯化硅、氧氣和氫氣，高溫下反應(yīng)而成。反應(yīng)式為：sicl4+2h2+o2—>sio2+4hcl?？諝夂蜌錃夥謩e經(jīng)過加壓、分離、冷卻脫水、干燥、除塵過濾后送入合成水解爐。將四氯化硅原料送至精餾塔精餾后，在蒸發(fā)器中加熱蒸發(fā)，并以干燥、過濾后的空氣為載體，送至合成水解爐。四氯化硅在高溫下氣化后，與一定量的氫和氧在1800℃左右的高溫下進(jìn)行氣相水解；此時(shí)生成的氣相二氧化硅是無定形的超細(xì)顆粒，是環(huán)狀結(jié)構(gòu)，凝膠力強(qiáng)、表面活性高，能形成觸變性較好的硅膠。另外，二氧化硅也可由硅酸鹽制備。世界上，硅酸鹽的儲(chǔ)量較多，容易得到，成本比較低。硅酸鹽可選自硅酸鈉、硅酸鋁、硅酸鉀、硅酸鈣、硅酸磷、硅酸鋁鎂、硅酸鎂鋰中的一種。當(dāng)然，也可選自以硅酸鋁為主要成分的蒙脫石、蒙皂石。另外，因水玻璃溶液價(jià)格低廉，常以含有硅酸鈉的水玻璃溶液為原料來制備二氧化硅。簡單工藝流程為：水玻璃溶液→酸中和→陰陽離子交換樹脂處理(攪拌)→減壓蒸發(fā)濃縮→超濾。經(jīng)過超濾后，二氧化硅的純度較高，減少了其它金屬雜質(zhì)離子對電池性能的影響，且提高了電解液的凝膠性能。另外，電解液還包括膠體穩(wěn)定劑，以改變膠粒的表面形態(tài)，阻止膠粒聚集和延緩膠凝過程的作用，可以有效地改變膠體的性能。膠體穩(wěn)定劑可選自聚乙烯醇、糊精、甘油、聚乙二醇、聚丙烯酰胺和脂肪醇聚氧乙烯醚中的至少一種。優(yōu)選的，膠體穩(wěn)定劑為聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺能有效緩解凝膠電解液的水化分層。另外，聚丙烯酰胺也能起到吸收水分、增大體系粘度的作用，從而作為一種粘度調(diào)節(jié)劑。正極包括正極集流體和參與電化學(xué)反應(yīng)的正極活性物質(zhì)，正極活性物質(zhì)能夠可逆脫出-嵌入離子；正極集流體的材料選自碳基材料、金屬或合金中的一種；負(fù)極至少包括負(fù)極集流體；電解質(zhì)能夠電離出至少一種充放電過程中在負(fù)極發(fā)生還原-沉積和氧化-溶解的活性離子。正極集流體僅作為電子傳導(dǎo)和收集的載體，不參與電化學(xué)反應(yīng)，即在電池工作電壓范圍內(nèi)，正極集流體能夠穩(wěn)定的存在于電解液中而沒有任何副反應(yīng)發(fā)生，從而保證電池具有穩(wěn)定的循環(huán)性能。本發(fā)明中正極活性物質(zhì)參與正極反應(yīng)，并且能夠可逆脫出-嵌入離子或者官能團(tuán)。優(yōu)選的，正極活性物質(zhì)能夠可逆脫出-嵌入鋰離子、鈉離子、鋅離子或者鎂離子。正極活性物質(zhì)是符合通式li1+xmnymzok的能夠可逆脫出-嵌入鋰離子的尖晶石結(jié)構(gòu)的化合物，其中，-1≤x≤0.5，1≤y≤2.5，0≤z≤0.5，3≤k≤6，m選自na、li、co、mg、ti、cr、v、zn、zr、si、al中的至少一種。優(yōu)選的，正極活性物質(zhì)含有l(wèi)imn2o4。更優(yōu)選的，正極活性物質(zhì)含有經(jīng)過摻雜或包覆改性的limn2o4。正極活性物質(zhì)是符合通式li1+xmym′zm″co2+n的能夠可逆脫出-嵌入鋰離子的層狀結(jié)構(gòu)的化合物，其中，-1<x≤0.5，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤c≤1，-0.2≤n≤0.2，m，m′，m″分別選自ni、mn、co、mg、ti、cr、v、zn、zr、si或al的中至少一種。優(yōu)選的，正極活性物質(zhì)含有l(wèi)icoo2。正極活性物質(zhì)是符合通式lixm1-ym′y(xo4)n的能夠可逆脫出-嵌入鋰離子的橄欖石結(jié)構(gòu)的化合物，其中，0<x≤2，0≤y≤0.6，1≤n≤1.5，m選自fe、mn、v或co，m′選自mg、ti、cr、v或al的中至少一種，x選自s、p或si中的至少一種。優(yōu)選的，正極活性物質(zhì)含有l(wèi)ifepo4。在目前鋰電池工業(yè)中，幾乎所有正極活性物質(zhì)都會(huì)經(jīng)過摻雜、包覆等改性處理。但摻雜，包覆改性等手段造成材料的化學(xué)通式表達(dá)復(fù)雜，如limn2o4已經(jīng)不能夠代表目前廣泛使用的“錳酸鋰”的通式，而應(yīng)該以通式li1+xmnymzok為準(zhǔn)，廣泛地包括經(jīng)過各種改性的limn2o4正極活性物質(zhì)。同樣的，lifepo4以及l(fā)icoo2也應(yīng)該廣泛地理解為包括經(jīng)過各種摻雜、包覆等改性的，通式分別符合lixm1-ym′y(xo4)n和li1+xmym′zm″co2+n的正極活性物質(zhì)。本發(fā)明的正極活性物質(zhì)為可逆脫出-嵌入鋰離子化合物時(shí)，可以選用如limn2o4、lifepo4、licoo2、limxpo4、limxsioy(其中m為一種變價(jià)金屬)等化合物。此外，可脫出-嵌入鈉離子的化合物如navpo4f，可脫出-嵌入鋅離子的化合物如γ-mno2，可脫出-嵌入鎂離子的化合物如mgmxoy(其中m為一種金屬，0.5<x<3，2<y<6)以及具有類似功能，能夠脫出-嵌入離子或官能團(tuán)的化合物都可以作為本發(fā)明電池的正極活性物質(zhì)。在具體的實(shí)施方式中，制備正極漿料時(shí)，除了正極活性物質(zhì)之外，還需添加導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑。導(dǎo)電劑選自導(dǎo)電聚合物、活性碳、石墨烯、碳黑、碳纖維、金屬纖維、金屬粉末、以及金屬薄片中的一種或多種。粘結(jié)劑選自聚乙烯氧化物、聚丙烯氧化物，聚丙烯腈、聚酰亞胺、聚酯、聚醚、氟化聚合物、聚二乙烯基聚乙二醇、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸中的一種、或上述聚合物的混合物及衍生物。在具體實(shí)施方式中，粘結(jié)劑選自聚四氟乙烯(ptfe)或聚偏氟乙烯(pvdf)。負(fù)極至少包括負(fù)極集流體，具體到該實(shí)施方式中，負(fù)極僅包括負(fù)極集流體，并且負(fù)極集流體僅作為電子傳導(dǎo)和收集的載體，不參與電化學(xué)反應(yīng)。負(fù)極集流體的材料選自金屬ni、cu、ag、pb、mn、sn、fe、al、zn或經(jīng)過鈍化處理的上述金屬中的至少一種，或者單質(zhì)硅，或者碳基材料，其中，碳基材料包括石墨材料，比如商業(yè)化的石墨壓制的箔，其中石墨所占的重量比例范圍為90-100％。負(fù)極集流體的材料還可以選自不銹鋼或經(jīng)鈍化處理的不銹鋼。不銹鋼包括但不僅限于不銹鋼網(wǎng)和不銹鋼箔，同樣的，不銹鋼的型號可以是300系列的不銹鋼，如不銹鋼304或者不銹鋼316或者不銹鋼316l。另外，負(fù)極集流體還可以選自含有析氫電位高的鍍/涂層的金屬，從而降低負(fù)極副反應(yīng)的發(fā)生。鍍/涂層選自含有c、sn、in、ag、pb、co、zn的單質(zhì)，合金，或者氧化物中至少一種。鍍/涂層的厚度范圍為1-1000nm。例如：在銅箔或石墨箔的負(fù)極集流體表面鍍上錫，鉛或銀。另外，醇溶液包括但不僅限于乙醇或甲醇。電解質(zhì)能夠電離出至少一種充放電過程中在負(fù)極發(fā)生還原-沉積和氧化-溶解的活性離子?；钚噪x子包括金屬離子，金屬選自zn、fe、cr、cu、mn、ni、sn中的至少一種。金屬離子以氯酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、醋酸鹽、甲酸鹽、磷酸鹽等形式存在于電解液中。優(yōu)選的，金屬離子以硫酸鹽、醋酸鹽或硫酸鹽和醋酸鹽的混合物的形式存在于電解液中。優(yōu)選的，電解液中還包括一種電解質(zhì)，電解質(zhì)能夠電離出至少一種充放電過程中在正極能夠可逆脫出-嵌入的離子，從而提高正極活性物質(zhì)與電解液中的離子交換速度，從而提高本發(fā)明中的電池的大倍率充放電性能。具體的，正極活性物質(zhì)為能夠可逆脫出-嵌入鋰離子的化合物，電解質(zhì)對應(yīng)的還能夠電離出鋰離子?？赡婷摮?嵌入的離子包括鋰離子或鈉離子或鎂離子或鋅離子。電池的充放電原理為：充電時(shí)，正極活性物質(zhì)中脫出可逆脫出-嵌入的離子，同時(shí)伴隨正極活性物質(zhì)內(nèi)變價(jià)金屬被氧化，并放出電子；電子經(jīng)由外電路到達(dá)電池負(fù)極，同時(shí)電解液中的活性離子在負(fù)極集流體得到電子被還原，并沉積在負(fù)極集流體上。放電過程則為充電的逆過程。盡管發(fā)明人已經(jīng)對本發(fā)明的技術(shù)方案做了較詳細(xì)的闡述和列舉，應(yīng)當(dāng)理解，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，對上述實(shí)施例作出修改和/或變通或者采用等同的替代方案是顯然的，都不能脫離本發(fā)明精神的實(shí)質(zhì)，本發(fā)明中出現(xiàn)的術(shù)語用于對本發(fā)明技術(shù)方案的闡述和理解，并不能構(gòu)成對本發(fā)明的限制。當(dāng)前第1頁12