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金属离子电池

阅读：510发布：2020-05-12

IPRDB可以提供金属离子电池专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本揭露提供一种金属离子电池。该金属离子电池包含：一正极、一第一负极、一第一隔离层、一第二负极、一第二隔离层、以及一控制单元，其中该第一隔离层设置于该正极及该第一负极之间，以及该第二隔离层，设置于该第一负极及该第二负极之间。此外，该控制单元耦接该第一负极及第二负极，其中该控制单元是用以控制该第一负极是否与该第二负极电性连结。，下面是金属离子电池专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种金属离子电池，其特征在于，包含：

一正极；

一第一负极，该第一负极包含第一金属；

一第二负极，该第二负极包含第二金属；

以及

一控制单元，耦接该第一负极及第二负极，其中该控制单元是用以控制该第一负极是否与该第二负极电性连结；且当所述金属离子电池中卤化金属酸根不足时，该控制单元将负极电流由所述第一负极分流至所述第二负极，以增加卤化金属酸根含量；

其中，于该正极及该第一负极之间还设置有第一隔离层，以避免该正极与该第一负极直接接触；且，于该第一负极及该第二负极之间还设置有第二隔离层，以避免该第一负极与该第二负极直接接触；

其中，该第一金属和该第二金属中的一种是钝性金属，另一种为还原电位低于该钝性金属的还原电位的金属。

2.根据权利要求1所述的金属离子电池，其特征在于，该正极由一集电层及一活性材料所构成。

3.根据权利要求2所述的金属离子电池，其特征在于，该集电层是导电性碳基材。

4.根据权利要求3所述的金属离子电池，其特征在于，该导电性碳基材是碳布、碳毡、或碳纸。

5.根据权利要求2所述的金属离子电池，其特征在于，该活性材料是层状活性材料。

6.根据权利要求2所述的金属离子电池，其特征在于，该活性材料是石墨、纳米碳管、石墨烯、或上述的组合。

7.根据权利要求6所述的金属离子电池，其特征在于，该石墨是天然石墨、人工石墨、或上述材料的组合。

8.根据权利要求1所述的金属离子电池，其特征在于，该第一负极是设置于该第一隔离层及该第二隔离层之间。

9.根据权利要求1所述的金属离子电池，其特征在于，该第一金属是一钝性金属。

10.根据权利要求1所述的金属离子电池，其特征在于，该第一负极包含一集电层。

11.根据权利要求1所述的金属离子电池，其特征在于，该第一金属是镍、钨、钽、钼、金、铅、铂、或银。

12.根据权利要求1所述的金属离子电池，其特征在于，该第二金属是铝、铜、锌、锡、或铁。

13.根据权利要求1所述的金属离子电池，其特征在于，该第一金属的还原电位高于该第二金属的还原电位。

14.根据权利要求1所述的金属离子电池，其特征在于，该第一金属是铝、铜、锌、锡、或铁。

15.根据权利要求1所述的金属离子电池，其中该第二金属是镍、钨、钽、钼、金、铅、铂、或银。

16.根据权利要求1所述的金属离子电池，其特征在于，该控制单元为二极管或晶体管。

17.根据权利要求16所述的金属离子电池，其特征在于，当该第一负极与该第二负极间的电位差大于该二极管的导通电压时，二极管开启使该第一负极是与该第二负极电性连结。

18.根据权利要求17所述的金属离子电池，其特征在于，该电位差是0.1V至2.0V。

19.根据权利要求1所述的金属离子电池，其中该控制单元为一比对电路。

20.根据权利要求19所述的金属离子电池，其特征在于，当该金属离子电池达到预设充电电压的时间小于一预设时间时，该第一负极是经由该比对电路与该第二负极电性连结。

21.根据权利要求20所述的金属离子电池，其特征在于，该预设时间是该金属离子电池充电至一预设克电容量时所需的时间。

22.根据权利要求21所述的金属离子电池，其特征在于，该预设克电容量是60mAh/g至

90mAh/g。

23.根据权利要求6所述的金属离子电池，其特征在于，该石墨是中间相碳微珠、热解石墨、发泡石墨、鳞片石墨、膨胀石墨或上述材料的组合。

说明书全文

金属离子电池

技术领域

[0001] 本揭露关于一种储能元件，更特别关于一种金属离子电池。

背景技术

[0002] 铝在地球上蕴藏量非常丰富，以铝作为材料的电子装置具有较低的成本。在储能元件的应用方面，铝在电化学充放电的过程中电子转移数目可达到三，因此可提供较高的能量储存容量。再者，由于铝具有低可燃性及电子氧化还原性质，大幅提升金属离子电池在使用上的安全性。

[0003] 然而，传统以铝作为负极的金属离子电池，放电时除了沉积在负极的铝被溶出之外，铝电极的铝也会被溶出，但是充电时铝又没办法沉积回原来的位置。如此一来，经过多次充放电之后，易造成铝电极破损而导致电池电量及使用寿命降低。

[0004] 因此，如何避免金属离子电池负极破损以及电量降低并延长电池使用寿命，为亟待解决的问题。

发明内容

[0005] 根据本揭露实施例，本揭露提供一种储能元件，例如为金属离子电池。该金属离子电池包含：一正极、一第一负极、一第一隔离层、一第二负极、一第二隔离层、以及一控制单元，其中该第一隔离层设置于该正极及该第一负极之间，以及该第二隔离层，设置于该第一负极及该第二负极之间。此外，该控制单元耦接该第一负极及第二负极，其中该控制单元是用以控制该第一负极是否与该第二负极电性连结。

附图说明

[0006] 图1是本揭露一实施例所述金属离子电池的示意图；

[0007] 图2及图3是为本揭露其他实施例所述金属离子电池的示意图；

[0008] 图4是为一流程图，用以说明本揭露一实施例所述金属离子电池于充放电时的作动方式；

[0009] 图5及图6是显示比较例所述金属离子电池其循环稳定性测试结果；

[0010] 图7是显示比较例所述金属离子电池其充放电过程中，电压与时间的关系；

[0011] 图8是显示本揭露实施例所述金属离子电池其循环稳定性测试结果；

[0012] 图9A及图9B是显示本揭露实施例所述金属离子电池其充放电过程中，电压与时间的关系图；

[0013] 图10至图14是显示本揭露实施例所述金属离子电池其循环稳定性测试结果。

[0014] 【符号说明】

[0015] 10 正极；

[0016] 11、21、25 集电层；

[0017] 12 第一负极；

[0018] 13 活性材料；

[0019] 14 第一隔离膜；

[0020] 16 第二负极；

[0021] 18 第二隔离膜；

[0022] 20 控制单元；

[0023] 22 电解质；

[0024] 23 第一金属或其合金；

[0025] 27 第二金属或其合金；

[0026] 51、52、53、54、55 步骤；

[0027] 100 金属离子电池。

具体实施方式

[0028] 以下针对本揭露的金属离子电池作详细说明。应了解的是，以下的叙述提供许多不同的实施例或例子，用以实施本揭露的不同样态。以下所述特定的元件及排列方式仅为简单描述本揭露。当然，这些仅用以举例而非本揭露的限定。此外，在不同实施例中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚地叙述本揭露，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间具有任何关连性。且在附图中，实施例的形状、数量、或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各元件的部分将以分别描述说明之，值得注意的是，图中未绘示或描述的元件，为所属技术领域中具有通常知识者所知的形式，此外，特定的实施例仅为揭示本揭露使用的特定方式，其并非用以限定本揭露。

[0029] 本揭露提供一种金属离子电池。根据本揭露实施例，由于该金属离子电池的负极包含一第一负极、一作为金属离子源补充源的第二负极、以及一用以控制该第一负极是否与该第二负极电性连结的控制单元，因此当金属离子电池中卤化金属酸根(halometallate)不足时，该控制单元即将负极电流由第一负极分流至第二负极，以增加卤化金属酸根含量，达到控制金属离子电池中卤化金属酸根浓度的目的，维持金属离子电池总发电量及延长金属离子电池使用寿命。

[0030] 请参照图1，是为本揭露一实施例所述金属离子电池100的示意图，该金属离子电池100可包含一正极10、一第一负极12、一第一隔离层14设置于该正极10及该第一负极12之间、一第二负极16、以及一第二隔离层18设置于该第一负极及该第二负极之间。该第一隔离层14可避免该正极10与该第一负极12直接接触，而该第二隔离层18可避免该第一负极12与该第二负极16直接接触。此外，一控制单元20耦接该第一负极12及第二负极16，其中该控制单元20是用以控制该第一负极12是否与该第二负极16电性连结。仍请参照图1，该第一负极12可设置于该第一隔离层14及该第二隔离层18之间。该金属离子电池100更包含一电解质
22设置于该金属离子电池100内并与该正极10、该第一隔离层14、该第一负极12、该第二隔离层18、及该第二负极16接触。该金属离子电池100可为充电式的二次电池，但本揭露亦涵盖一次电池。

[0031] 根据本揭露实施例，该正极10可包含一集电层11及一活性材料13设置于该集电层11之上。根据本揭露实施例，该正极10亦可由该集电层11及活性材料13所构成。根据本揭露实施例，该集电层11可为导电性碳基材，例如碳布、碳毡、或碳纸。举例来说，该导电性碳基材可具有片电阻介于约1mΩ·cm2至6mΩ·cm2之间、以及含碳量大于65wt％。该活性材料13包括层状活性材料或该层状活性材料的团聚物。根据本揭露实施例，该活性材料13可为插层碳材，例如：石墨(包含天然石墨、人工石墨、中间相碳微珠、热解石墨、发泡石墨、鳞片石墨、或膨胀石墨)、石墨烯、纳米碳管或上述材料的组合。根据本揭露实施例，该活性材料13可为层状双氢氧化物(layered double hydroxide)、层状氧化物、层状硫族化合物(layered chalcogenide)或上述材料的组合。该活性材料13可具有一孔隙度介于约0.05至
0.95之间，例如介于约0.3至0.9之间。此外，根据本揭露实施例，该活性材料13可直接成长于该集电层11之上(即两者之间没有任何介质)，或是利用黏着剂将该活性材料13固定于该集电层11上。

[0032] 根据本揭露实施例，该第一负极12可包含一第一金属或其合金、一集电层、或其组合。举例来说，该第一负极12可由该第一金属或其合金所构成。此外，该第一负极12亦可为一集电层。再者，请参照图2，该第一负极12亦可由一集电层21及一第一金属或其合金23(设置于该集电层21)所构成。根据本揭露实施例，该第二负极16可包含一第二金属或其合金、一集电层、或其组合。举例来说，该第二负极16可由该第二金属或其合金所构成。此外，该第二负极16亦可为一集电层。再者，请参照图3，该第二负极16亦可由一集电层25及一第二金属或其合金27(设置于该集电层23)所构成。其中，该集电层21及25可为导电性碳基材，例如碳布、碳毡、或碳纸。举例来说，该导电性碳基材可具有片电阻介于约1mΩ·cm2至6mΩ·cm2之间、以及含碳量大于65wt％。值得注意的是，该第一负极12及该第二负极不会同时为集电层。

[0033] 根据本揭露实施例，该第一金属可为一钝性金属(例如镍、钨、钽、钼、金、铅、铂、或银)，而该第二金属可为还原电位低于该第一金属还原电位的金属(例如为铝、铜、锌、锡、或铁)。根据本揭露其他实施例，该第二金属可为一钝性金属(例如镍、钨、钽、钼、金、铅、铂、或银)，而该第一金属可为的还原电位低于该第二金属还原电位的金属(例如为铝、铜、锌、锡、或铁)。值得注意的是，该第一金属及该第二金属不会同时为钝性金属(例如镍、钨、钽、钼、金、铅、铂、或银)。

[0034] 举例来说，在本揭露一实施例中，该第一负极12可由一集电层及一第一金属或其合金所构成，而该第二负极16可由第二金属或其合金所构成。其中，该第一金属可为一钝性金属(例如镍、钨、钽、钼、金、铅、铂、或银)，而该第二金属可为还原电位低于该第一金属还原电位的金属(例如为铝、铜、锌、锡、或铁)。此外，该第二金属亦可为一钝性金属(例如镍、钨、钽、钼、金、铅、铂、或银)，而该第一金属可为还原电位低于该第二金属还原电位的金属(例如为铝、铜、锌、锡、或铁)，值得注意的是，该第一金属及该第二金属不会同时为钝性金属。

[0035] 在本揭露另一实施例中，该第一负极12可为一集电层，而该第二负极16可由第二金属或其合金所构成。其中，该第二金属可为铝、铜、锌、锡、或铁。此外，该第一负极12可由第一金属或其合金所构成，而该第二负极16可为一集电层。其中，该第一金属可为铝、铜、锌、锡、或铁。

[0036] 在本揭露又一实施例中，该第一负极可由一第一金属或其合金所构成，而该第二负极可由一第二金属或其合金所构成。其中，该第一金属可为一钝性金属(例如镍、钨、钽、钼、金、铅、铂、或银)，而该第二金属可为还原电位低于该第一金属还原电位的金属(例如为铝、铜、锌、锡、或铁)。此外，该第二金属亦可为一钝性金属(例如镍、钨、钽、钼、金、铅、铂、或银)，而该第一金属可为还原电位低于该第二金属还原电位的金属(例如为铝、铜、锌、锡、或铁)。

[0037] 根据本揭露实施例，该第一隔离层14及该第二隔离层18的材质可为相同或不同，例如：玻璃纤维、聚乙烯(polyethylene、PE)、聚丙烯(Polypropylene、PP)、不织布、木质纤维、或上述的组合。

[0038] 根据本揭露实施例，该电解质22可包含离子液体、及/或一金属卤化物。该离子液体可为任何适用于金属离子电池的离子液体。该离子液体可包含尿素(urea)、N-甲基脲(N-methylurea)氯化胆碱(choline chloride)、乙酰氯化胆碱(ethylchlorine chloride)、碱金族卤化物(alkali halide)、二甲基亚砜(dimethyl sulfoxide)、二甲基砜(methylsulfonylmethane)、烷基咪唑鎓盐(alkylimidazolium salt)、烷基吡啶鎓盐(alkylpyridinium salt)、烷基氟吡唑鎓盐(alkylfluoropyrazolium salt)、烷基三唑鎓盐(alkyltriazolium salt)、芳烷铵盐(aralkylammonium salt)、烷基烷氧基铵盐(alkylalkoxyammonium salt)、芳烷鏻盐(aralkylphosphonium salt)、芳烷锍盐(aralkylsulfonium salt)、及其混合物。该金属卤化物可例如为氯化铝、氯化铜、氯化锌、氯化锡、氯化铁、或其组合。举例该说，该离子液体及该金属卤化物的摩尔比至少为或大于约1.1、或至少为或大于约1.2，例如介于1.1至2.1之间。根据本揭露实施例，当金属卤化物为氯化铝(AlCl3)的情况下，离子液体可例如为铝氯化l-乙基-3-甲基咪唑鎓，且氯化铝与氯化l-乙基-3-甲基咪唑鎓的摩尔比至少为或大于约1.2，例如介于1.2至1.8之间。可对离子液体电解质进行掺杂(或加入添加剂)以提高电导率且降低黏度，或可以其他方式变更离子液体电解质以得到有利于金属的可逆电沉积的组合物。

[0039] 根据本揭露实施例，该金属离子电池100可通过一控制单元20控制该第一负极12是否与该第二负极16电性连结。因此，当金属离子电池100中卤化金属酸根(halometallate)不足时，该控制单元20在电池进行放电时可将负极电流由第一负极12分流至第二负极16，以增加卤化金属酸根含量，达到控制金属离子电池100中卤化金属酸根浓度的目的，维持金属离子电池总发电量及延长金属离子电池使用寿命。

[0040] 根据本揭露实施例，该控制单元20可为一比对电路(comparison circuitry)，用以计算该金属离子电池在充电时达到预设充电电压的时间T，并与一预设时间T0时进行比对。当该金属离子电池达到预设充电电压的时间T小于该预设时间T0时，该比对电路(comparison circuitry)可将负极电流由第一负极分流至第二负极，使该第一负极与该第二负极在该离子电池进行放电时电性连结。如此一来，可对该第二负极的金属进行电化学反应，以补充电解质中的卤化金属酸根离子浓度。该预设时间T0可为该金属离子电池充电至一预设克电容量时所需的时间，其中该预设克电容量可视需要加以调整，例如可介于约60mAh/g至90mAh/g之间。

[0041] 图4是为一流程图，用以说明本揭露一实施例所述金属离子电池于充放电时的作动方式，其中该金属离子电池具有一比对电路作为控制单元。首先，对该金属离子电池进行充电(步骤51)，该比对电路开始计时。接着，当该金属离子电池达到预设充电电压时，该比对电路计算出一充电时间T(步骤52)。接着，该比对电路判断充电时间T是否小于一预设时间T0(步骤53)。若该充电时间T大于该预设时间T0，则对该金属离子电池进行放电(步骤54)。若该充电时间T小于该预设时间T0，则该比对电路将负极电流由第一负极分流至第二负极，使该第一负极与该第二负极电性连结(步骤55)，并在该第一负极与该第二负极电性连结后对该金属离子电池进行放电(步骤54)。最后，当金属离子电池电量达需充电值时，对该金属离子电池进行充电(步骤51)。

[0042] 根据本揭露实施例，该控制单元20可为一二极管，其中当该第一负极与该第二负极间的电位差大于该二极管的导通电压时，二极管开启使该第一负极是与该第二负极电性连结。如此一来，可对该第二负极的金属进行电化学反应，以补充电解质中的卤化金属酸根离子浓度。在金属离子电池充放电初期，电解质中卤化金属酸根充足，第一负极(例如镍电极)表面可被镀上大量的金属，此时第一负极及第二负极(例如铝电极)间电位差较小，因此二极管不会开启。在金属离子电池充放电中后期，离子液体中卤化金属酸根不足，还原于第一负极(例如镍电极)表面的金属越来越少，此时第一负极与第二电极(例如铝电极)之间的电位差会拉大，当电位差大于二极管的导通电压时，二极管开启以将负极电流由第一负极分电至第二负极。在此所使用的二极管其导通电压可介于0.1V至1.0V之间。举例来说，若第一负极为镍、第二负极为铝、且第一负极上无沉积铝时，第一负极与第二负极之间的电位差为0.7V。因此，可使用导通电压为0.2-0.3V的二极管，当第一负极上沉积的铝逐渐被消秏导致第一负极及第二负极电位差大于导通电压时，二极管开启使第一负极与第二负极电性连结。

[0043] 此外，根据本揭露其他实施例，该控制单元20可为一晶体管，来控制该第一负极是否与该第二负极电性连结。

[0044] 为了让本揭露的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数实施例及比较实施例，作详细说明如下：

[0045] 比较例1：

[0046] 提供一厚度为0.025mm的铝箔(由阿法埃莎(Alfa Aesar)制造)，对其进行裁切，得到铝电极。接着，提供隔离膜(玻璃滤纸(2层)、商品编号为沃特曼(Whatman)934-AH)及一石墨电极(包含一活性材质配置于一集电基板上，其中该集电基板为碳纤维纸、活性材质为石墨)，并按照铝电极、隔离膜、及石墨电极的顺序排列，并以铝塑膜将其封装并注入电解质(氯化铝(AlCl3)/氯化l-乙基-3-甲基咪唑鎓(1-ethyl-3-methylimidazolium chloride、[EMIm]Cl)、其中AlCl3与[EMIm]Cl之比约为1.3:1)，得到金属离子电池(1)。

[0047] 接着，使用电池分析器量测比较例1所得的金属离子电池(1)的电池效能(量测条件为：以定电流方式进行充放电测试(100mA/g)，充电截止电压为2.45V，放电截止电压为1.5V)，结果如图5。由图5可知，该金属离子电池(1)在重复充放电约160次后则无法继续使用。

[0048] 比较例2：

[0049] 提供一厚度为0.1mm的发泡镍箔，对其进行裁切，得到镍电极。接着，提供隔离膜(玻璃滤纸(2层)、商品编号为沃特曼(Whatman)934-AH)及一石墨电极(包含一活性材质配置于一集电基板上，其中该集电基板为碳纤维纸、活性材质为石墨)，并按照镍电极、隔离膜、及石墨电极的顺序排列，并以铝塑膜将其封装并注入电解质(氯化铝(AlCl3)/氯化l-乙基-3-甲基咪唑鎓(1-ethyl-3-methylimidazolium chloride、[EMIm]Cl)、其中AlCl3与[EMIm]Cl之比约为1.3:1)，得到金属离子电池(2)。

[0050] 接着，使用电池分析器量测比较例2所得的金属离子电池(2)的电池效能(量测条件为：以定电流方式进行充放电测试(100mA/g)，充电截止电压为2.45V，放电截止电压为1.5V)，结果如图6。由图6可知，该金属离子电池(2)在重复充放电约50次后其比容量快速降低至80mAh/mg以下。图7是绘示为该金属离子电池(2)在充放电过程中，电压与时间的关系图。由图7可知，随着该金属离子电池(2)的充放电次数增加，该金属离子电池(2)的充电时间及放电时间逐渐降低。此代表没有金属由该金属离子电池(2)的镍电极溶出，使得电解质中的氯金属酸根含量将越来越少，因此该金属离子电池(2)的总发电量随着充放电次数增加而降低。

[0051] 实施例1:

[0052] 提供一厚度为0.1mm的发泡镍箔，对其进行裁切，得到镍电极。接着，提供一厚度为0.025mm的铝箔，对其进行裁切，得到铝电极。接着，提供隔离膜(玻璃滤纸(2层)、商品编号为沃特曼(Whatman)934-AH)及一石墨电极(包含一活性材质配置于一集电基板上，其中该集电基板为碳纤维纸、活性材质为石墨)，并按照铝电极、隔离膜、镍电极、隔离膜、及石墨电极的顺序排列，并以铝塑膜将其封装并注入电解质(氯化铝(AlCl3)/氯化l-乙基-3-甲基咪唑鎓(1-ethyl-3-methylimidazolium chloride、[EMIm]Cl)、其中AlCl3与[EMIm]Cl之比约为1.3:1)，得到金属离子电池(3)，其中一控制单元耦接镍电极及铝电极。通过该控制单元可控制铝电极是否与镍电极电性连结。

[0053] 接着，使用电池分析器量测实施例1所得的金属离子电池(3)的电池效能(量测条件为：以定电流方式进行充放电测试(100mA/g)，充电截止电压为2.45V，放电截止电压为1.0V)，结果如图8。由图8可知，该金属离子电池(3)在重复充放电约100次后其比容量快速降低至60mAh/mg以下(此时镍电极与铝电极之间并未电性连结)。在第101次充放电循环时，在电池完成充电之后通过该控制单元将镍电极与铝电极电性连结，并进行电池放电，以补充氯铝酸根于电解质中，此时观察到该金属离子电池(3)比容量快速提升，请参照图8。图9A是绘示为该金属离子电池(3)在镍电极与铝电极电性连结前后，其电压与时间的关系图；以及，图9B是绘示金属离子电池(3)其电压与时间的关系图在补充氯铝酸根前及后的关系。由图9A及图9B可得知，在将镍电极与铝电极电性连结以补充氯铝酸根于电解质的步骤后，金属离子电池(3)的充发电时间明显延长，此代表金属离子电池(3)的总发电量增加。

[0054] 实施例2:

[0055] 提供一碳纸(由碳能科技公司制造)，对其进行裁切，得到碳纸电极。接着，提供一厚度为0.025mm的铝箔，对其进行裁切，得到铝电极。接着，提供隔离膜(玻璃滤纸(2层)、商品编号为沃特曼(Whatman)934-AH)及一石墨电极(包含一活性材质配置于一集电基板上，其中该集电基板为碳纤维纸、活性材质为石墨)，并按照铝电极、隔离膜、碳纸电极、隔离膜、及石墨电极的顺序排列，并以铝塑膜将其封装并注入电解质(氯化铝(AlCl3)/氯化l-乙基-3-甲基咪唑鎓(1-ethyl-3-methylimidazolium chloride、[EMIm]Cl)、其中AlCl3与[EMIm]Cl之比约为1.3:1)，得到金属离子电池(4)，其中一控制单元耦接碳纸电极及铝电极。通过该控制单元可控制铝电极是否与碳纸电极电性连结。

[0056] 接着，使用电池分析器量测实施例2所得的金属离子电池(4)的电池效能(量测条件为：以定电流方式进行充放电测试(100mA/g)，充电截止电压为2.45V，放电截止电压为1.5V)，结果如图10。由图10可知，该金属离子电池(4)在重复充放电约25次后其比容量快速降低至25mAh/mg以下(此时碳纸电极与铝电极之间并未电性连结)。在第26次充放电循环时，在电池完成充电之后通过该控制单元将碳纸电极与铝电极电性连结，并进行电池放电，以补充氯铝酸根于电解质中，此时观察到该金属离子电池(4)比容量快速提升，请参照图
10。接着，在第26次放电后，将碳纸电极与铝电极之间电性连结断开，并进行重复充放电。在重复充放电至第75次时，可观察到比容量快速降低至40mAh/mg以下。在第76次充放电循环时，在电池完成充电之后通过该控制单元将碳纸电极与铝电极电性连结，并进行电池放电，以补充氯铝酸根于电解质中，此时观察到该金属离子电池(4)比容量快速提升，请参照图
10。

[0057] 实施例3:

[0058] 提供一厚度为0.1mm的发泡镍箔，对其进行裁切，得到镍电极。接着，提供一厚度为0.03mm的锌箔，对其进行裁切，得到锌电极。接着，提供隔离膜(玻璃滤纸(2层)、商品编号为沃特曼(Whatman)934-AH)及一石墨电极(包含一活性材质配置于一集电基板上，其中该集电基板为碳纤维纸、活性材质为石墨)，并按照锌电极、隔离膜、镍电极、隔离膜、及石墨电极的顺序排列，并以铝塑膜将其封装并注入电解质(氯化铝(AlCl3)/氯化l-乙基-3-甲基咪唑鎓(1-ethyl-3-methylimidazolium chloride、[EMIm]Cl)、其中AlCl3与[EMIm]Cl之比约为
1.3:1)，得到金属离子电池(5)，其中一控制单元耦接镍电极及锌电极。通过该控制单元控制锌电极是否与镍电极电性连结。

[0059] 接着，使用电池分析器量测实施例3所得的金属离子电池(5)的电池效能(量测条件为：以定电流方式进行充放电测试(100mA/g)，充电截止电压为2.45V，放电截止电压为1.0V)，结果如图11。由图11可知，该金属离子电池(5)在重复充放电约110次后其比容量降低至60mAh/mg以下(此时镍电极与锌电极之间并未电性连结)。在第111次充放电循环时，在电池完成充电之后通过该控制单元将镍电极与锌电极电性连结，并进行电池放电，以补充氯锌酸根于电解质中，此时观察到该金属离子电池(5)比容量快速提升，请参照图11。

[0060] 实施例4:

[0061] 提供一厚度为0.1mm的发泡镍箔，对其进行裁切，得到镍电极。接着，提供一厚度为0.03mm的铜箔，对其进行裁切，得到铜电极。接着，提供隔离膜(玻璃滤纸(2层)、商品编号为沃特曼(Whatman)934-AH)及一石墨电极(包含一活性材质配置于一集电基板上，其中该集电基板为碳纤维纸、活性材质为石墨)，并按照铜电极、隔离膜、镍电极、隔离膜、及石墨电极的顺序排列，并以铝塑膜将其封装并注入电解质(氯化铝(AlCl3)/氯化l-乙基-3-甲基咪唑鎓(1-ethyl-3-methylimidazolium chloride、[EMIm]Cl)、其中AlCl3与[EMIm]Cl之比约为
1.3:1)，得到金属离子电池(6)，其中一控制单元耦接镍电极及铜电极。通过该控制单元控制铜电极是否与镍电极电性连结。

[0062] 接着，使用电池分析器量测实施例4所得的金属离子电池(6)的电池效能(量测条件为：以定电流方式进行充放电测试(100mA/g)，充电截止电压为2.45V，放电截止电压为1.5V)，结果如图12。由图12可知，该金属离子电池(6)在重复充放电约7次后其比容量降低至60mAh/mg以下(此时镍电极与铜电极之间并未电性连结)。在第8次充放电循环时，在电池完成充电之后通过该控制单元将镍电极与铜电极电性连结，并进行电池放电，以补充氯铜酸根于电解质中，此时观察到该金属离子电池(6)比容量快速提升，请参照图12。

[0063] 实施例5:

[0064] 提供一厚度为0.1mm的发泡镍箔，对其进行裁切，得到镍电极。接着，提供一厚度为0.03mm的不锈钢箔(由阿法埃莎(Alfa Aesar)制造)，对其进行裁切，得到不锈钢电极。接着，提供隔离膜(玻璃滤纸(2层)、商品编号为沃特曼(Whatman)934-AH)及一石墨电极(包含一活性材质配置于一集电基板上，其中该集电基板为碳纤维纸、活性材质为石墨)，并按照不锈钢电极、隔离膜、镍电极、隔离膜、及石墨电极的顺序排列，并以铝塑膜将其封装并注入电解质(氯化铝(AlCl3)/氯化l-乙基-3-甲基咪唑鎓(1-ethyl-3-methylimidazolium chloride、[EMIm]Cl)、其中AlCl3与[EMIm]Cl之比约为1.3:1)，得到金属离子电池(7)，其中一控制单元耦接镍电极及不锈钢电极。通过该控制单元控制不锈钢电极是否与镍电极电性连结。

[0065] 接着，使用电池分析器量测实施例5所得的金属离子电池(7)的电池效能(量测条件为：以定电流方式进行充放电测试(100mA/g)，充电截止电压为2.45V，放电截止电压为1.5V)，结果如图13。在第3、20、及25次充放电循环时，通过该控制单元将镍电极与不锈钢电极电性连结，并进行电池放电，以补充氯铁酸根于电解质中，此时观察到该金属离子电池(7)比容量提升。

[0066] 实施例6:

[0067] 提供一厚度为0.1mm的发泡镍箔，对其进行裁切，得到镍电极。接着，提供一厚度为0.025mm的铝箔，对其进行裁切，得到铝电极。接着，提供隔离膜(玻璃滤纸(2层)、商品编号为沃特曼(Whatman)934-AH)及一石墨电极(包含一活性材质配置于一集电基板上，其中该集电基板为碳纤维纸、活性材质为石墨)，并按照铝电极、隔离膜、镍电极、隔离膜、及石墨电极的顺序排列，并以铝塑膜将其封装并注入电解质(氯化铝(AlCl3)/氯化l-乙基-3-甲基咪唑鎓(1-ethyl-3-methylimidazolium chloride、[EMIm]Cl)、其中AlCl3与[EMIm]Cl之比约为1.3:1)，得到金属离子电池(8)，其中一二极管耦接镍电极及铝电极，该二极管的导通电压为0.2V。

[0068] 接着，使用电池分析器量测实施例6所得的金属离子电池(8)的电池效能(量测条件为：以定电流方式进行充放电测试(100mA/g)，充电截止电压为2.45V，放电截止电压为1.0V)，结果如图14。由图14可知，该二极管可在镍电极与铝电极电位差大于0.2V时自动开启，以补充氯铝酸根于电解质中，并在补充氯铝酸根后自动关闭。因此，可观察到金属离子电池(8)之比容量可以一直维持在90mAh/mg以上。

[0069] 虽然本揭露已以数个实施例揭露如上，然其并非用以限定本揭露，任何本技术领域中具有通常知识者，在不脱离本揭露的精神和范围内，当可作任意的更动与润饰，因此本揭露的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

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金属离子电池-专利编号CN107394260A	2020-05-11	489
强流金属离子源-专利编号CN101851747B	2020-05-11	486
一种金属离子源-专利编号CN1303246C	2020-05-13	810
一种金属离子源-专利编号CN1594649A	2020-05-11	126
金属离子电池-专利编号CN107394285B	2020-05-12	507
金属离子电池-专利编号CN108206298A	2020-05-12	953
金属离子络合物-专利编号CN108026114A	2020-05-11	156
金属离子电池-专利编号CN107394285A	2020-05-12	468
金属离子吸附剂-专利编号CN102397780A	2020-05-13	945
强流金属离子源-专利编号CN101851747A	2020-05-13	809

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