水系电池及其正极极片制造技术

本发明专利技术公开了一种正极极片，其包括正极集流体和分布在正极集流体上的正极膜片，正极膜片含有正极活性材料、粘结剂和导电剂，其中，导电剂含有表面包覆一层高分子材料的导电碳。本发明专利技术正极极片通过对导电碳表面包覆高分子材料并控制包覆层的厚度，使其具有在水系电解液和高电压条件下抗氧化的能力，避免了因导电碳的氧化而导致的正极导电性不足所引起的循环性能下降。正极抗氧化导电网络的存在，使得水系电池正极的寿命得到显著提升，整个水系电池的循环寿命和能量密度得到显著改善。此外，本发明专利技术还公开了一种采用本发明专利技术正极极片的水系电池。

【技术实现步骤摘要】
水系电池及其正极极片
本专利技术属于电池
，更具体地说，本专利技术涉及一种水系电池及其正极极片。
技术介绍
相比于使用有机电解液的电池，如锂离子电池，水系电池具有低成本、高安全性能等优势，因此在很多领域获得了广泛运用。铅酸电池已经有超过一百年的历史，目前仍然占据电池行业约80％的份额。水系电池的能量密度比锂离子电池低很多，在对能量密度要求高的领域，水系电池难以胜任，因此提升水系电池的能量密度至关重要。通常，电池的能量密度与电池的放电电压呈正比关系，提升电池的放电电压可以相应提升电池的能量密度。但是，对于水系电池，提升电池的放电电压会大幅降低电池的循环寿命，导致电池的使用成本增加。因为在很高的电压下，正极极片中的导电碳被氧化并生成二氧化碳。导电碳的氧化会导致很多问题，如电池正极的导电性下降，电池内的气体会导致膜片与集流体、极片与电解液之间的接触不良，促使电池加速老化和电池循环性能急速下降。目前，主要的应对方法包括降低水系电池的电压平台，从而不会导致正极导电碳的氧化。例如，镍氢电池和镍镉电池的电压平台只有1.1V左右，低于水的分解电压(1.23V)。但是，低电压平台会导致电池较低的能量密度，不利于开发高电压体系的水系电池。此外，虽然水的分解能够在一定程度得到抑制，可是导电碳的氧化仍然在缓慢进行，电池的循环性能没有得到显著提升。有鉴于此，目前的水系电池需要一种能够稳定存在、不与氧气或游离氧反应的导电碳，以提升水系电池的循环性能和能量密度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供一种具有理想循环性能和能量密度的水系电池及其正极极片。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种正极极片，其包括正极集流体和分布在正极集流体上的正极膜片，正极膜片含有正极活性材料、粘结剂和导电剂，其中，所述导电剂含有表面包覆一层高分子材料的导电碳。作为本专利技术正极极片的一种改进，所述正极活性材料为锂金属复合氧化物。作为本专利技术正极极片的一种改进，所述锂金属复合氧化物为锰酸锂、磷酸铁锂、钴酸锂、富锂锰基正极、镍锰钴三元正极、镍锰铝三元正极中的至少一种。作为本专利技术正极极片的一种改进，所述高分子材料为常规不导电高分子材料和导电高分子材料中的一种。作为本专利技术正极极片的一种改进，所述高分子材料为常规不导电高分子材料，选自聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸、聚氯乙烯中的一种。作为本专利技术正极极片的一种改进，所述高分子材料为特种导电高分子材料，选自聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺中的一种。作为本专利技术正极极片的一种改进，所述包覆层高分子材料的厚度控制在10nm以下或者在10nm-50nm之间。为了实现上述专利技术目的，本专利技术还提供为了一种水系电池，其包括正极极片、负极极片、隔离膜和水系电解液，其中，所述正极极片为前述正极极片。相对于现有技术，本专利技术水系电池及其正极极片具有以下技术效果：首先，通过对导电碳表面包覆高分子材料并控制包覆层的厚度，使其具有在水系电解液和高电压条件下抗氧化的能力(在水溶液和高电压下保持不被氧化，或者维持极低的氧化速度)，避免了因导电碳的氧化而导致的正极导电性不足所引起的循环性能下降。正极抗氧化导电网络的存在，使得水系电池正极的寿命得到显著提升，整个水系电池的循环寿命得到显著提升，水系电池的能量密度得到显著改善。附图说明下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术水系电池进行详细说明，附图中：图1为本专利技术水系电池的一个实施方式的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的专利技术目的、技术方案和技术效果更加清晰，以下结合附图和实施例，对本专利技术进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中给出的实施例只是为了解释本专利技术，并不是为了限定本专利技术。导电碳包覆将1-10g包覆层材料溶解于2L溶剂中并与1kg导电碳颗粒混合均匀，其中，包覆层材料可以是聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚吡咯、聚噻吩中的一种，溶剂可以是正己烷、N,N-二甲基吡咯烷酮(NMP)、氯仿、水，酒精中的一种；在低压环境(0.1atm)和加热条件(120℃-160℃)下，溶剂会逐渐蒸发，溶解于溶剂中的包覆层材料会聚集于导电碳颗粒的表面，形成包覆层。实施例1正极极片的制作：将70wt％锰酸锂粉末(300目)与20wt％聚苯乙烯包覆的SP001导电碳(包覆厚度<10nm)、10wt％粘结剂PTFE在去离子水中混合均匀，制成泥浆状正极材料。将泥浆状正极材料压制成膜片，膜片厚度为0.05-1mm，面积重量为500g/m2。将膜片裁剪成3×5cm2的膜片。在110-130℃的烘箱中去除膜片中的溶剂，获得正极膜片。将正极膜片与50μm厚的正极集流体不锈钢箔组成正极极片。负极极片的制作：将含有亚胺基二乙锌基团的苯乙烯树脂(西安蓝深树脂)分散于无水乙醇，置于球磨机中球磨4小时，公转速度为550rmp。将球磨后的树脂置于80℃烘箱中烘干，用筛网分离出200目树脂粉末。将80wt％已过筛的树脂粉末与10wt％的导电碳SP001、7wt％的粘结剂PTFE、3wt％的增稠剂CMC在乙醇中混合均匀，制成泥浆状负极材料。将泥浆状负极材料压制成型，制成厚度为1mm、面积重量在300g/m2的膜片。将膜片裁剪成3.1×5.1cm2的膜片。在70-120℃的烘箱中除去膜片中剩余的溶剂，获得负极膜片。将锌箔置于负极膜片与20微米厚的负极集流体不锈钢箔之间，组成负极极片。电池的组装将电池的正极极片、负极极片与隔离膜(AGM，0.3mm)按图1所示的结构在真空环境下密封，制成锌离子/螯合树脂-锰酸锂电池，其中，电解液使用2M的硫酸锂溶液，滴加量为1ml。实施例2本专利技术实施例2锌离子/螯合树脂-锰酸锂电池与本专利技术实施例1锌离子/螯合树脂-锰酸锂电池基本相同，不同之处在于：在制备电池正极极片的第1步时，用包覆厚度为10-50nm的聚苯乙烯包覆的导电碳代替实施例1中使用的导电碳。实施例3本专利技术实施例3锌离子/螯合树脂-锰酸锂电池与本专利技术实施例1锌离子/螯合树脂-锰酸锂电池基本相同，不同之处在于：在制备电池正极极片的第1步时，用聚吡咯(Ppy)包覆的SP001导电碳(包覆厚度<10nm)代替实施例1中使用的导电碳。实施例4本专利技术实施例4锌离子/螯合树脂-锰酸锂电池与本专利技术实施例1锌离子/螯合树脂-锰酸锂电池基本相同，不同之处在于：在制备电池正极极片的第1步时，用聚吡咯(Ppy)包覆的SP001导电碳(包覆厚度10-50nm)代替实施例1中使用的导电碳。实施例5本专利技术实施例5锌离子/螯合树脂-锰酸锂电池与本专利技术实施例1锌离子/螯合树脂-锰酸锂电池基本相同，不同之处在于：在制备电池正极极片的第1步时，用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)包覆的SP001导电碳(包覆厚度<10nm)代替实施例1中使用的导电碳。实施例6本专利技术实施例6锌离子/螯合树脂-磷酸铁锂电池与本专利技术实施例1锌离子/螯合树脂-锰酸锂电池基本相同，不同之处在于：在制备电池正极极片的第1步时，用聚吡咯(Ppy)包覆的SP001导电碳(包覆厚度<10nm)代替实施例1中使用的导电碳，用磷酸铁锂代替锰酸锂作为正极活性材料。对比例1本专利技术对比例1锌离子/螯合树脂-锰酸锂电池与本专利技术实施例1锌离子/螯合树脂-锰酸锂电池基本相同，不同之处在于：在制备电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种正极极片，包括正极集流体和分布在正极集流体上的正极膜片，正极膜片含有正极活性材料、粘结剂和导电剂，其特征在于：所述导电剂含有表面包覆一层高分子材料的导电碳。

【技术特征摘要】
1.一种正极极片，包括正极集流体和分布在正极集流体上的正极膜片，正极膜片含有正极活性材料、粘结剂和导电剂，其特征在于：所述导电剂含有表面包覆一层高分子材料的导电碳。2.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于：所述正极活性材料为锂金属复合氧化物。3.根据权利要求2所述的正极极片，其特征在于：所述锂金属复合氧化物为锰酸锂、磷酸铁锂、钴酸锂、富锂锰基正极、镍锰钴三元正极、镍锰铝三元正极中的至少一种。4.根据权利要求1所述的正极极片，其特征在于：所述高分子材料为常规不导电高分子材料和导电高分子材料中的一种。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏义松，郭永胜，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35