电池、电池组以及不间断电源制造技术

本发明专利技术提供了一种电池，包括正极、负极及水系电解液，所述正极包括正极活性物质和正极集流体；所述水系电解液包括第一金属离子和/或第二金属离子，所述第一金属离子在充放电过程中在所述正极能够可逆脱出‑嵌入，所述第二金属离子在充电过程中在所述负极还原沉积为第二金属，所述第二金属在放电过程中氧化溶解为第二金属离子；所述负极包括具有多孔结构的负极物质，所述负极物质包括锌活性物质和负极粘结剂。本发明专利技术能够有效改善电池负极的枝晶问题，增加电池的循环寿命，提高电池的电化学性能和安全性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电化学储能领域，具体涉及一种电池。本专利技术还涉及一种电池组，电池组包含若干个电池。本专利技术还涉及一种不间断电源。
技术介绍
铅酸电池，其出现已超百年，拥有着成熟的电池技术，占据着汽车启动电瓶、电动自行车、UPS等储能领域的绝对市场份额。铅酸电池虽然循环使用寿命较低，能量密度也相对较低，但却拥有价格非常低廉，性价比非常高的优点。因此，近些年来，镍氢电池、锂离子电池、钠硫电池、液流电池等，均无法在储能领域取代铅酸电池。近几年来出现一种新型水系二次电池。该二次电池的正极能够基于第一金属离子进行可逆的脱出-嵌入反应，负极能够基于第二金属离子进行可逆的还原沉积-氧化溶解反应，电解液含有参与正极脱出-嵌入反应的第一金属离子和参与负极沉积-溶解反应的第二金属离子。该类型电池的电解液为水溶液，不存在类似锂离子电池中有机电解液的安全隐患，且对环境友好，成本较低，能量密度高。因此，该类型电池非常有希望成为替代铅酸电池的下一代储能电池，具有极大的应用价值。该类型电池的第二金属离子可以为锌离子，此时负极活性物质为金属锌，然而这类负极活性物质在水溶液中充放电时存在枝晶等问题，从而使电池的循环性能、充放电容量受到影响。因此，现有技术需要进一步改善。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种电池，电池负极枝晶问题得到明显改善，从而改善电池的循环寿命，提高电池电化学性能。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种电池，包括正极、负极及水系电解液，所述正极包括正极活性物质和正极集流体；所述水系电解液包括第一金属离子和/或第二金属离子，所述第一金属离子在充放电过程中在所述正极能够可逆脱出-嵌入，所述第二金属离子在充电过程中在所述负极还原沉积为第二金属，所述第二金属在放电过程中氧化溶解为第二金属离子；所述负极包括具有多孔结构的负极物质，所述负极物质包括锌活性物质和负极粘结剂。优选的，所述负极还包括具有网孔结构的负极集流体，所述负极物质负载于所述负极集流体上。优选的，所述负极集流体的网孔的孔径尺寸范围为0.3毫米-1.5毫米，所述负极集流体的厚度范围为0.01毫米-0.5毫米。优选的，所述锌活性物质包括锌和含锌化合物，所述含锌化合物包括氧化锌、氢氧化锌和锌盐中的至少一种，其中所述含锌化合物占所述负极物质的质量百分含量为0-50％。优选的，所述负极的制备方法包括以下步骤：将锌和/或含锌化合物与负极粘结剂分散于水中，搅拌均匀得到负极浆料；将所述负极浆料涂覆在所述负极集流体上，干燥、滚压、剪切；将得到的锌负极和镍正极置于2-7mol/L的氢氧化钾溶液中，以2.1V恒压、0.2C恒流充电，充电至充电容量达到所述氧化锌理论容量的100％-150％，洗涤所述锌负极至中性。优选的，所述负极粘结剂占所述负极物质的质量百分含量不超过7％。优选的，所述负极粘结剂包括聚乙烯醇(PVA)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)中的一种或几种。优选的，所述负极物质还包括添加剂，所述添加剂占所述负极物质的质量百分含量不超过5％。优选的，所述添加剂选自铅、铟、铋、钙的氧化物或氢氧化物或盐。优选的，所述负极物质还包括导电剂，所述导电剂占所述负极物质的质量百分含量不超过5％。优选的，所述导电剂选自金属镍、金属铜、导电陶瓷中的一种或几种。优选的，所述导电剂选自活性炭、石墨、碳黑、碳纳米管、石墨烯及其氧化物中的一种或几种。优选的，所述导电剂选自活性炭和石墨的混合物或活性炭和碳纳米管的混合物。优选的，所述负极集流体的选材包括铜、铅、镀有铅、铟、铋或锡的铜、铁或不锈钢。优选的，所述第一金属离子包括锂离子、钠离子或镁离子。优选的，所述第二金属离子包括锌离子。优选的，所述水系电解液的pH值为3-7。本专利技术还提供了一种电池组，包括若干个如上所述的电池。本专利技术还提供了一种不间断电源，包括如上所述的电池。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的电池具有多孔负极，多孔负极具有较大的表面积，从而降低充电时负极极化，减少枝晶的形成。同时，多孔负极在其结构内部可以储存大量电解液，内部的液固相界面面积远大于表面的面积，从而锌离子的还原更多的在多孔负极内部进行，从而进一步减少枝晶的形成，从而增加电池的循环寿命，从而提高电池的电化学性能和安全性能。具体实施方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。一种电池，包括正极、负极及水系电解液，正极包括正极活性物质和正极集流体；水系电解液包括第一金属离子和/或第二金属离子，第一金属离子在充放电过程中在正极能够可逆脱出-嵌入，第二金属离子在充电过程中在负极还原沉积为第二金属，第二金属在放电过程中氧化溶解为第二金属离子；负极包括具有多孔结构的负极物质，负极物质包括锌活性物质和负极粘结剂。正极活性物质参与正极反应，并且能够可逆脱出-嵌入第一金属离子。正极活性物质可以是符合通式Li1+xMnyMzOk的能够可逆脱出-嵌入锂离子的尖晶石结构的化合物，其中，-1≤x≤0.5，1≤y≤2.5，0≤z≤0.5，3≤k≤6，M选自Na、Li、Co、Mg、Ti、Cr、V、Zn、Zr、Si、Al中的至少一种。优选的，正极活性物质含有LiMn2O4。正极活性物质可以是符合通式Li1+xMyM′zM″cO2+n的能够可逆脱出-嵌入锂离子的层状结构的化合物，其中，-1<x≤0.5，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤c≤1，-0.2≤n≤0.2，M，M′，M″分别选自Ni、Mn、Co、Mg、Ti、Cr、V、Zn、Zr、Si或Al的中至少一种。优选的，正极活性物质含有LiCoO2。正极活性物质还可以是符合通式LixM1-yM′y(XO4)n的能够可逆脱出-嵌入锂离子的橄榄石结构的化合物，其中，0<x≤2，0≤y≤0.6，1≤n≤1.5，M选自Fe、Mn、V或Co，M′选自Mg、Ti、Cr、V或Al的中至少一种，X选自S、P或Si中的至少一种。优选的，正极活性物质含有LiFePO4。目前电池工业中，几乎所有正极活性物质都会经过掺杂、包覆等改性处理。但掺杂，包覆改性等手段造成材料的化学通式表达复杂，如LiMn2O4已经不能够代表目前广泛使用的“锰酸锂”的通式，而应该以通式Li1+xMnyMzOk为准，广泛地包括经过各种改性的LiMn2O4正极活性物质。同样的，LiFePO4以及LiCoO2也应该广泛地理解为包括经过各种掺杂、包覆等改性的，通式分别符合LixM1-yM′y(XO4)n和Li1+xMyM′zM″cO2+n的正极活性物质。正极活性物质为能可逆脱出-嵌入锂离子的物质时，优选可以选用如LiMn2O4、LiFePO4、LiCoO2、LiMxPO4、LiMxSiOy(其中M为一种变价金属)等化合物。更优选的，正极活性物质为LiMn2O4。在众多正极材料中，LiMn2O4被认为是最具有前景的正极材料之一，因为它具有成本低、原料充足、环境友好、安全性好等优点。此外，可脱出-嵌入钠离子的化合物(如NaVPO4F)，可脱出-嵌入镁离子的化合物(如MgMxOy本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池，包括正极、负极及水系电解液，所述正极包括正极活性物质和正极集流体；所述水系电解液包括第一金属离子和/或第二金属离子，所述第一金属离子在充放电过程中在所述正极能够可逆脱出‑嵌入，所述第二金属离子在充电过程中在所述负极还原沉积为第二金属，所述第二金属在放电过程中氧化溶解为第二金属离子；其特征在于：所述负极包括具有多孔结构的负极物质，所述负极物质包括锌活性物质和负极粘结剂。

【技术特征摘要】
2015.09.22 CN 20151060816851.一种电池，包括正极、负极及水系电解液，所述正极包括正极活性物质和正极集流体；所述水系电解液包括第一金属离子和/或第二金属离子，所述第一金属离子在充放电过程中在所述正极能够可逆脱出-嵌入，所述第二金属离子在充电过程中在所述负极还原沉积为第二金属，所述第二金属在放电过程中氧化溶解为第二金属离子；其特征在于：所述负极包括具有多孔结构的负极物质，所述负极物质包括锌活性物质和负极粘结剂。2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述负极还包括具有网孔结构的负极集流体，所述负极物质负载于所述负极集流体上。3.根据权利要求2所述的电池，其特征在于：所述负极集流体的网孔的孔径尺寸范围为0.3毫米-1.5毫米，所述负极集流体的厚度范围为0.01毫米-0.5毫米。4.根据权利要求2所述的电池，其特征在于：所述锌活性物质包括锌和含锌化合物，所述含锌化合物包括氧化锌、氢氧化锌和锌盐中的至少一种，所述含锌化合物占所述负极物质的质量百分含量为0-50％。5.根据权利要求4所述的电池，其特征在于：所述负极的制备方法包括以下步骤：将锌和/或含锌化合物与负极粘结剂分散于水中，搅拌均匀得到负极浆料；将所述负极浆料涂覆在所述负极集流体上，干燥、滚压、剪切；将得到的锌负极和镍...

【专利技术属性】
技术研发人员：李如飞，罗云峰，陈璞，
申请(专利权)人：苏州宝时得电动工具有限公司，陈璞，
类型：发明
国别省市：江苏;32