一种平面电池及其制备方法和应用技术

本申请公开了一种平面电池，包括：集流体；和所述集流体的同侧平面上设置的正极和负极；所述正极和所述负极间隔开。本申请还提供了平面电池的制备方法及其应用。本申请所提供的平面型电池的正负极在柔性基底上自然分开，不需要隔膜，具有平面结构优异的柔性。

A planar cell and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种平面电池及其制备方法和应用
本申请涉及一种平面电池及其制备方法和应用，属于储能领域。
技术介绍
锌作为一种储量丰富的金属元素，具有较高的理论比容量(820mAh/g)，兼具极好的安全性，操作简便的特点，并且相对于标准氢电势具有较低的电位(-0.763V)，因此受到了广泛的关注。同时二氧化锰在氧化物中具有相对较高的理论容量(308mAh/g)，成为锌离子电池中使用广泛的正极材料之一。随着电子器件的不断发展，电子设备正朝着智能化、柔性化、轻薄化的方向发展。柔性电子器件正在逐渐成为新型电子设备的主导力量，在电子屏幕、智能手表、手机等上面具有广泛的应用前景。微型化电子器件的发展刺激了微型储能器件尤其是电池的发展，并迫切需要微型电池兼顾高性能、安全性以及可规模化制备的特点。但由于传统三明治型的电池设计导致了器件具有较大的体积，较差的机械柔性，以及须金属集流体才能满足的串并联的特点，阻碍了微型电池的广泛应用。与此同时，复杂的电池构建流程不利于储能器件的广泛应用，有机电解液不能满足人们对安全以及环境友好的需求。现有设计中，柔性化的智能设备实现的主要方式较为复杂，不利于大规模制备。
技术实现思路
根据本申请的第一个方面，提供了一种平面电池，该平面型电池的正负极在柔性基底上自然分开，不需要隔膜，具有平面结构优异的柔性。所述平面电池，包括：集流体；和所述集流体的同侧平面上设置的正极和负极；所述正极和所述负极间隔开。可选地，所述集流体为设置在基底表面上的导电层；所述基底的材料选自聚对苯二甲酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯、棉布、玻璃、纸中的至少一种。可选地，所述基底为非导电平面柔性基底，选自聚对苯二甲酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种形成的聚合物基底、棉布、玻璃、A4纸中的一种。可选地，所述正极的活性物质包括二氧化锰；可选地，所述负极的活性物质包括锌。可选地，所述平面电池还包括电解液，所述电解液浸润所述正极和所述负极。可选地，所述电解液为含有电解质的水溶液；所述电解液中电解质的浓度为0.1-2mol/L。可选地，所述电解质选自酸锌、硫酸锰、硝酸锌、醋酸锌、氯化锌、三氟甲烷磺酸锌中的至少一种。可选地，所述正极和所述负极在所述集流体的同侧平面上形成交叉指形、同心圆形、线形中的至少一种。根据本申请的另一方面，还提供了上述平面电池的制备方法，包括：1)形成集流体；2)在集流体的同侧平面上通过丝网印刷，分别得到正极和负极；所述正极和负极间隔开。可选地，步骤1)包括：将集流体浆料丝网印刷到基底上，在基底表面形成导电层，得到所述集流体。可选地，所述基底的材料选自聚对苯二甲酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯、棉布、玻璃、纸中的至少一种。可选地，所述集流体浆料包括导电剂、溶剂、粘结剂、硅烷偶联剂、增塑剂、防沉剂或分散剂。可选地，所述导电剂包括组分Ⅰ和组分Ⅱ；所述组分Ⅰ包括石墨烯、膨胀石墨、碳纳米管、石墨粉中的至少一种；所述组分Ⅱ包括超细石墨、炭黑中的至少一种；以质量分数计，所述组分Ⅰ在所述导电剂中的含量为90～100％。可选地，所述溶剂包括芳烃溶剂S150、乙二醇甘油醚、醋酸正丁酯、二甲苯中的至少一种；所述粘结剂包括聚氨基甲酸乙酯树脂、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的至少一种；所述硅烷偶联剂包括硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-570、硅烷偶联剂KH-560、硅烷偶联剂A-151、硅烷偶联剂A-171中的至少一种。所述增塑剂包括邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二正丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸丁苄酯中的至少一种；所述分散剂包括气相二氧化硅、羧甲基纤维素、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、聚丙烯酰胺、水玻璃、脂肪族丙烯酸聚氨酯中的至少一种。所述防沉剂包括气相二氧化硅、聚烯烃蜡中的至少一种。可选地，所述导电剂与溶剂、粘结剂、硅烷偶联剂、增塑剂、防沉剂和分散剂的质量之比为2-50：10-70：0.1-5：0.1-5：0.1-5：0.1-5：0.1-5。可选地，所述丝网印刷的网版为选自交叉指型、线形或同心圆型中的至少一种的第一网版。可选地，形成所述正极包括：混合二氧化锰和所述集流体浆料以形成正极导电浆料；在所述集流体上丝网印刷所述正极导电浆料，形成所述正极；其中，二氧化锰和所述集流体浆料的质量之比介于1：10到10：1之间。可选地，所述二氧化锰和所述集流体浆料的质量之比的上限选自1:9、1:8、1:7、1:6、1:5、1:4、1:3、1:2、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10。所述二氧化锰和所述集流体浆料的质量之比的下限选自1:10、1:9、1:8、1:7、1:6、1:5、1:4、1:3、1:2、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9。可选地，形成所述负极包括：混合锌和所述集流体浆料形成以负极导电浆料；在所述集流体上丝网印刷所述负极导电浆料，形成所述负极；其中，锌和所述集流体浆料的质量之比介于1：10到10：1之间。可选地，所述锌和所述集流体浆料的质量之比的上限选自1:9、1:8、1:7、1:6、1:5、1:4、1:3、1:2、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9、1:10。所述锌和所述集流体浆料的质量之比的下限选自1:10、1:9、1:8、1:7、1:6、1:5、1:4、1:3、1:2、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9。可选地，印刷正极导电浆料的网版为第二网版，印刷负极导电浆料的网版为第三网版；所述第三网版与所述第二网版相同或不同；所述第三网版和所述第二网版各自独立地选自交叉指型、线形或同心圆型中的至少一种；所述第三网版和所述第二网版的印刷图案均与第一网版的印刷图案重叠。可选地，第一网版、第二网版和第三网版的网孔尺寸为2-2000目。可选地，第一网版、第二网版和第三网版的网孔尺寸为50-1000目。可选地，所述二氧化锰是中值粒径为1-500nm的球形粉末。可选地，所述锌是中值粒径为0.01-500μm的粉末。可选地，所述集流体的厚度为0.01-100μm；所述正极的厚度为0.01-1000μm；所述负极的厚度为0.01-1000μm。可选地，印刷得到的交叉指型图案的指间距为0.001-100mm,指宽为0.001-100mm，指长为0.5-100mm。可选地，所述制备方法还包括：用电解液浸润所述正极和所述负极。可选地，所述电解液为含有电解质的水溶液；所述电解液中电解质的浓度为0.1-2mol/L。可选地，所述电解质选自酸锌、硫酸锰、硝酸锌、醋酸锌、氯化锌、三氟甲烷磺酸锌中的至少一种。在本申请中，首先制备导电浆料，然后在常温常压条件下分别将导电浆料与二氧化锰、锌粉混合，分别得到具有一定黏度的锌粉和二氧化锰导电油墨浆料(即，负极导电浆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种平面电池，其特征在于，包括：/n集流体；/n所述集流体的同侧平面上设置的正极和负极；/n所述正极和所述负极间隔开。/n

【技术特征摘要】
1.一种平面电池，其特征在于，包括：
集流体；
所述集流体的同侧平面上设置的正极和负极；
所述正极和所述负极间隔开。


2.根据权利要求1所述的平面电池，其特征在于，
所述集流体为设置在基底表面上的导电层；
所述基底的材料选自聚对苯二甲酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯、棉布、玻璃、纸中的至少一种；
优选地，所述正极的活性物质包括二氧化锰；
所述负极的活性物质包括锌；
优选地，所述平面电池还包括电解液，所述电解液浸润所述正极和所述负极；
优选地，所述电解液为含有电解质的水溶液；
所述电解液中电解质的浓度为0.1-2mol/L；
优选地，所述电解质选自酸锌、硫酸锰、硝酸锌、醋酸锌、氯化锌、三氟甲烷磺酸锌中的至少一种；
优选地，所述正极和所述负极在所述集流体的同侧平面上形成交叉指形、同心圆形、线形中的至少一种。


3.权利要求1至2任一项所述的平面电池的制备方法，其特征在于，包括：
1)形成集流体；
2)在集流体的同侧平面上通过丝网印刷，分别得到正极和负极；
所述正极和负极间隔开。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤1)包括：
将集流体浆料丝网印刷到基底上，在基底表面形成导电层，得到所述集流体；
优选地，所述基底的材料选自聚对苯二甲酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯、棉布、玻璃、纸中的至少一种；
优选地，所述集流体浆料包括导电剂、溶剂、粘结剂、硅烷偶联剂、增塑剂、防沉剂或分散剂；
优选地，所述导电剂包括组分Ⅰ和组分Ⅱ；
所述组分Ⅰ包括石墨烯、膨胀石墨、碳纳米管、石墨粉中的至少一种；
所述组分Ⅱ包括超细石墨、炭黑中的至少一种；
以质量分数计，所述组分Ⅰ在所述导电剂中的含量为90～100％；
优选地，所述溶剂包括芳烃溶剂S150、乙二醇甘油醚、醋酸正丁酯、二甲苯中的至少一种；
所述粘结剂包括聚氨基甲酸乙酯树脂、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的至少一种；
所述硅烷偶联剂包括硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-570、硅烷偶联剂KH-560、硅烷偶联剂A-151、硅烷偶联剂A-171中的至少一种；
所述增塑剂包括邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二正丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸丁苄酯中的至少一种；
所述分散剂包括气相二氧化硅、羧甲基纤维素、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、聚丙烯酰胺、水玻璃、脂肪族丙烯酸聚氨酯中的至少一种；
所述防沉剂包括气相二氧化硅、聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴忠帅，王潇，郑双好，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21