三维结构正极和水系锌锰电池制造技术

本发明专利技术公开了一种三维结构正极和水系锌锰电池，所述三维结构正极包括：第一正极集流体、活性物质层和复合树脂层，所述活性物质层形成在所述第一正极集流体上；所述复合树脂层设在所述活性物质层上，其中，所述活性物质层为负载二氧化锰的碳纤维沉积层或含有锰氧化物电极极片。由此，该三维结构正极在充放电的过程中其正极活性物质溶解较少，并且还能吸附部分质子，从而减少负极析氢，将其应用于水系锌锰电池中，可以提高水系锌锰电池的稳定性、循环寿命和安全性。循环寿命和安全性。循环寿命和安全性。

【技术实现步骤摘要】
三维结构正极和水系锌锰电池


[0001]本专利技术属于电池领域，具体涉及一种三维结构正极和水系锌锰电池。

技术介绍

[0002]锰基(如LiMn2O4、MnO2)锌或锌合金做负极的电池，大多采用水系电解液，即以H2O作为溶剂，加入金属盐电解质。水系电解液具有无毒无害、不可燃、成本低和对生产环境要求低等优点。但是，在水溶液体系中，正极活性材料在充放电过程中会逐渐溶于电解液中，并导致结构被破坏，对电池的稳定性造成一系列的影响；负极则存在较为严重的腐蚀以及析氢反应，降低了电池的稳定性。
[0003]因此，现有的水系电池有待改善。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种三维结构正极和水系锌锰电池，该三维结构正极在充放电的过程中其正极活性物质溶解较少，并且还能吸附部分质子，从而减少负极析氢，将其应用于水系锌锰电池中，可以提高水系锌锰电池的稳定性、循环寿命和安全性。
[0005]在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种三维结构正极。根据本专利技术的实施例，所述三维结构正极包括：
[0006]第一正极集流体；
[0007]活性物质层，所述活性物质层形成在所述第一正极集流体上；
[0008]复合树脂层，所述复合树脂层设在所述活性物质层上，
[0009]其中，所述活性物质层为负载二氧化锰的碳纤维沉积层或含有锰氧化物电极极片。
[0010]根据本专利技术实施例的三维结构正极，通过在第一正极集流体上形成活性物质层，该活性物质层为负载二氧化锰的碳纤维沉积层或含有锰氧化物电极极片，然后将复合树脂层设在活性物质层上，其中三维的碳纤维骨架或电极极片能够提供有效的导电骨架结构，提升正极内部整体导电性并提高活性物质利用率，为锰离子的溶解沉积提供良好的沉积模板和较多的位点，有效减缓了沉积板结物质的生成，提高活性物质的利用效率，延长活性物质的循环寿命，一定程度上延缓或阻止循环过程中的容量衰减，此外，形成在活性物质层上的复合树脂层可以形成一个缓冲层，吸收充放电过程中活性物质层溶出的锰离子和质子，提高电性能的同时还可以减少负极析氢反应的发生。由此，该三维结构正极在充放电的过程中其正极活性物质溶解较少，并且还能吸附部分质子，从而减少负极析氢，将其应用于水系锌锰电池中，可以提高水系锌锰电池的稳定性、循环寿命和安全性。
[0011]另外，根据本专利技术上述实施例的三维结构正极还可以具有如下附加的技术特征：
[0012]在本专利技术的一些实施例中，所述负载二氧化锰的碳纤维沉积层采用电沉积方式得到，并且所述二氧化锰为电解二氧化锰。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，制备所述锰氧化物电极极片的方法包括：(1)将锰氧化物、导电剂、粘接剂和溶剂进行混合，以便得到浆料；(2)将所述浆料附着在第二正极集流体上，以便得到锰氧化物电极极片。由此，可以提升正极内部的整体导电性并提高活性物质利用率，为锰离子的溶解沉积提供良好的沉积模板和较多的位点，有效减缓沉积板结物质的生成。
[0014]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述锰氧化物、所述导电剂和所述粘结剂的质量比为(60～80):(20～5):(20～15)。由此，有利于形成均匀的浆料。
[0015]在本专利技术的一些实施例中，所述浆料的固含量为40～60wt％。由此，有利于形成均匀的浆料。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述锰氧化物包括氧化亚锰、氧化锰、二氧化锰、四氧化三锰和锰酸锂中的至少之一。
[0017]在本专利技术的一些实施例中，所述导电剂包括石墨类导电剂和炭黑类导电剂中的至少之一。
[0018]在本专利技术的一些实施例中，所述粘接剂包括丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠和丙烯酸酯聚合物中的至少之一。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，所述复合树脂层包括碳纤维骨架和树脂，所述树脂负载在所述碳纤维骨架上。由此，可以形成一个缓冲层，吸收活性物质层充放电过程中溶出的锰离子和质子，提高电性能的同时还可以减少负极析氢反应的发生。
[0020]在本专利技术的一些实施例中，所述树脂包括钠型树脂、氢型树脂、锌型树脂和锰型树脂中的至少之一。由此，可以有效阻碍正极活性物质中离子的溶解，吸附部分质子，从而减少负极析氢。
[0021]在本专利技术的第二个方面，本专利技术提出了一种水系锌锰电池。根据本专利技术的实施例，所述水系锌锰电池包括正极、负极、电解液和隔膜，其中，所述正极采用上述的三维结构正极。由此，该水系锌锰电池的稳定性、循环寿命和安全性得以提高。
[0022]另外，根据本专利技术上述实施例的水系锌锰电池还可以具有如下附加的技术特征：
[0023]在本专利技术的一些实施例中，所述隔膜包括玻璃纤维隔膜、PP隔膜、无尘纸隔膜和纤维素隔膜中的至少之一。
[0024]在本专利技术的一些实施例中，所述负极包括锌和锌的合金中的至少之一。
[0025]在本专利技术的一些实施例中，所述电解液为硫酸锌和硫酸锰的混合水溶液。
[0026]在本专利技术的一些实施例中，所述混合水溶液的离子浓度为0.1～5mol/L。
[0027]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0028]本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0029]图1是根据本专利技术一个实施例的三维结构正极的结构示意图；
[0030]图2是根据本专利技术一个实施例的制备锰氧化物电极极片的方法流程示意图；
[0031]图3是根据本专利技术一个实施例的水系锌锰电池的结构示意图；
[0032]图4是实施例1中的水系锌锰电池的电性能曲线图；
[0033]图5是实施例2中的水系锌锰电池的电性能曲线图。
具体实施方式
[0034]下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0035]在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种三维结构正极。根据本专利技术的实施例，参考图1，所述三维结构正极包括：第一正极集流体101、活性物质层102和复合树脂层103。
[0036]根据本专利技术的实施例，参考图1，第一正极集流体101为电池领域常规使用的正极集流体，例如第一正极集流体101可以采用碳材料，如石墨箔、导电PE，也可以采用不锈钢、钛箔等。
[0037]根据本专利技术的实施例，活性物质层102形成在第一正极集流体101上，并且该活性物质层102为负载二氧化锰的碳纤维沉积层或含有锰氧化物电极极片。专利技术人发现，三维的碳纤维骨架或电极极片作为活性物质层102中的骨架，其能够提供有效的导电骨架结构，提升正极内部的整体导电性并提高活性物质利用率，为正极活性物质锰离子的溶解沉积提供良好的沉积模板和较多的位点，有效减缓沉积板结物质的生成，提高活性物质的利用效率，延长活性物质的循环寿命，一定程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维结构正极，其特征在于，包括：第一正极集流体；活性物质层，所述活性物质层形成在所述第一正极集流体上；复合树脂层，所述复合树脂层设在所述活性物质层上，其中，所述活性物质层为负载二氧化锰的碳纤维沉积层或含有锰氧化物电极极片。2.根据权利要求1所述的三维结构正极，其特征在于，所述负载二氧化锰的碳纤维沉积层采用电沉积方式得到，并且所述二氧化锰为电解二氧化锰。3.根据权利要求1所述的三维结构正极，其特征在于，制备所述锰氧化物电极极片的方法包括：(1)将锰氧化物、导电剂、粘接剂和溶剂进行混合，以便得到浆料；(2)将所述浆料附着在第二正极集流体上，以便得到锰氧化物电极极片。4.根据权利要求3所述的三维结构正极，其特征在于，在步骤(1)中，所述锰氧化物、所述导电剂和所述粘结剂的质量比为(60～80):(20～5):(20～15)；任选地，所述浆料的固含量为40～60wt％。5.根据权利要3所述的三维结构正极，其特征在于，在步骤(1)中，所述锰氧化物包括氧化亚锰...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜伟光，李享，石亚茹，陈璞，
申请(专利权)人：陈璞，
类型：发明
国别省市：