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一种电池，包括正极、负极以及电解液，所述正极包括正极材料，所述正极材料包括正极粘结剂、正极导电剂和正极活性物质，所述正极活性物质能够可逆脱出-嵌入第一金属离子；所述电解液包括溶剂水和电解质盐，所述电解质盐至少能够电离出所述第一金属离子和第二金属离子；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；所述正极粘结剂包括丙烯腈多元共聚物、聚丙烯酸和羟丙基甲基纤维素中的至少一种。本发明专利技术电池能够改善正极中导电剂的腐蚀问题，从而进一步改善电池的自放电问题，提高电池的电化学性能。

Batteries, batteries, and uninterruptible power supplies

The present invention provides a battery includes a cathode, anode and electrolyte, wherein the cathode comprises a cathode, the anode material including anode binder, conductive agent and cathode active material capable of reversibly prolapse - embedded in the first metal ion of the cathode active material; the electrolyte includes solvent water and electrolyte salt, the electrolyte salt can at least the first ionized metal ions and second metal ions; the first metal ions in the charge discharge process in the cathode can be reversible embedding - the second prolapse; metal ions in the charging process in the deposition of a second metal anode, the second metal oxide in the discharge process second dissolved metal ions; the positive electrode binder including acrylonitrile copolymer, polyacrylic acid and hydroxypropyl methyl cellulose in at least one. The battery of the invention can improve the corrosion of cathode conductive agent, so as to further improve the battery self discharge problems, improve the electrochemical performance of the battery.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电池领域，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、钠硫电池等，均无法在储能领域取代铅酸电池。新出现了一种基于内部离子交换的水系电池。该电池的工作原理为，正极基于第一金属离子的脱出-嵌入反应，负极基于第二金属离子的沉积-溶解反应，电解液含参与正极脱出-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。该类型电池的理论能量密度为160Wh/Kg，预计实际能量密度可达50～80Wh/Kg。综上所述，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，具有极大的商业价值。但是，目前该电池在充电时，尤其是在浮充时，电池正极导电剂会发生腐蚀从而被消耗，这一现象一方面导致电池内阻增加、自放电严重，另一方面造成电池内部产生气体、极片膨胀，进而使电池的浮充寿命迅速降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电池，能够改善电池正极导电剂的腐蚀问题，从而改善电池的浮充寿命问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案为：一种电池，包括正极、负极以及电解液，所述正极包括正极材料，所述正极材料包括正极粘结剂、正极导电剂和正极活性物质，所述正极活性物质能够可逆脱出-嵌入第一金属离子；所述电解液包括溶剂水和电解质盐，所述电解质盐至少能够电离出所述第一金属离子和第二金属离子；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；所述正极粘结剂包括丙烯腈多元共聚物、聚丙烯酸和羟丙基甲基纤维素中的至少一种。优选的，所述正极粘结剂占所述正极材料的质量百分含量为1％-10％。优选的，所述正极粘结剂还包括羧甲基纤维素，丁苯橡胶，羧甲基纤维素和丁苯橡胶，羧甲基纤维素和丁苯橡胶的衍生物中的一种。优选的，所述正极粘结剂还包括氧化钛、氧化硅和氧化铝中的至少一种。优选的，所述丙烯腈多元共聚物在所述正极粘结剂中的重量百分比为10％-90％。优选的，所述丙烯腈多元共聚物在所述正极粘结剂中的重量百分比为50％-75％。优选的，所述正极导电剂选自石墨，碳纳米管、碳黑和活性炭中的至少一种。优选的，所述电解液的pH值为3-7。优选的，所述电解质中的阴离子包括硫酸根离子、氯离子、醋酸根离子、甲酸根离子、磷酸根离子或烷基磺酸根离子中一种或几种。优选的，所述第一金属离子选自锂离子、钠离子或镁离子。优选的，所述第二金属离子为锰离子、铁离子、铜离子、锌离子、铬离子、镍离子、锡离子或铅离子。优选的，所述正极活性物质选自LiMn2O4、LiFePO4或LiCoO2中一种或几种。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，用于本专利技术电池中的正极粘结剂，改善了正极的亲水性，降低正极与电解液间的界面阻抗，降低电池内阻；另一方面，正极粘结剂增强正极活性物质与导电剂接触，抑制导电剂损失，减少了电池自放电，使电池具有较高的浮充寿命。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，而并不用于限定本专利技术。一种电池，包括正极、负极以及电解液，正极包括正极材料，正极材料包括正极粘结剂、正极导电剂和正极活性物质，正极活性物质能够正极粘结剂和能够可逆脱出-嵌入第一金属离子；电解液包括溶剂水和电解质，电解质至少能够电离出第一金属离子和第二金属离子；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。本专利技术电池的充放电原理为：充电时，正极活性物质脱出第一金属离子，同时伴随正极活性物质被氧化，并放出电子；电子经由外电路到达电池负极，同时电解液中的第二金属离子在负极上得到电子被还原，并沉积在负极上。放电时，沉积在负极上的第二金属被氧化，失去电子转变为第二金属离子进入电解液中；电子经外电路到达正极，正极活性物质接受电子被还原，同时第一金属离子嵌入正极活性物质中。其中，正极材料中的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。优选的，正极活性物质占正极材料的质量百分含量范围为80-90％。具体的，正极活性物质具有尖晶石结构、层状结构或橄榄石结构。具体的，第一金属离子选自锂离子、钠离子、镁离子或锌离子。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。更优选的，正极活性物质含有经过掺杂或包覆改性的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。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，正极活性物质选自LiMn2O4、LiFePO4或LiCoO2中一种或几种。在目前电池工业中，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。此外，可脱出-嵌入钠离子的化合物NaVPO4F，可脱出-嵌入镁离子的化合物MgMxOy(其中M为一种金属，0.5<x<3，2<y<6)以及具有类似功能，能够脱出-嵌入第一金属离子的化合物都可以作为本专利技术电池的正极活性物质。具体的，正极还包括负载正极活性物质的正极集流体，正极集流体仅作为电子传导和收集的载本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池，包括正极、负极以及电解液，所述正极包括正极材料，所述正极材料包括正极粘结剂、正极导电剂和正极活性物质，所述正极活性物质能够可逆脱出‑嵌入第一金属离子；所述电解液包括溶剂水和电解质盐，所述电解质盐至少能够电离出所述第一金属离子和第二金属离子；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：所述正极粘结剂包括丙烯腈多元共聚物、聚丙烯酸和羟丙基甲基纤维素中的至少一种。

【技术特征摘要】
1.一种电池，包括正极、负极以及电解液，所述正极包括正极材料，所述正极材料包括正极粘结剂、正极导电剂和正极活性物质，所述正极活性物质能够可逆脱出-嵌入第一金属离子；所述电解液包括溶剂水和电解质盐，所述电解质盐至少能够电离出所述第一金属离子和第二金属离子；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：所述正极粘结剂包括丙烯腈多元共聚物、聚丙烯酸和羟丙基甲基纤维素中的至少一种。2.如权利要求1所述的电池，其特征在于：所述正极粘结剂占所述正极材料的质量百分含量为1％-10％。3.如权利要求1所述的电池，其特征在于：所述正极粘结剂还包括羧甲基纤维素，丁苯...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨迈赫M·I·萨阿德，罗小松，刘新永，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