一种水系离子二次电池制造技术

本发明专利技术公开了一种水系离子二次电池，属于储能、通信用电池材料领域。它包括正极、负极、电解液和隔膜。本发明专利技术采用锰氧化物为正极活性材料，金属氧化物硅基复合材料为负极活性材料，可溶性的钠盐和锂盐的水溶液为电解质，无纺布与滤纸的复合隔膜，组配成水系离子二次电池，采用金属氧化物硅基复合材料作为负极活性材料，将金属氧化物和碳包覆于硅基材料表面，利用金属氧化物形成陶瓷材料，不仅在一定程度上限制硅基负极材料的体积膨胀，还有效构建了硅基负极复合材料的导电网络，提升了硅基负极复合材料在水系离子电池中的结构的稳定性和电化学性能。电化学性能。电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种水系离子二次电池


[0001]本专利技术属于储能、通信用电池材料领域，更具体地说，涉及一种水系离子二次电池。

技术介绍

[0002]作为可再生能源(光能和风能等)开发利用和智能电网构建的关键技术之一，对电池的研究与产业化越来越受到关注。水系离子电池具有高安全、无污染、低成本和长寿命等特点，能够满足大规模储能应用的要求，其中，采用锂离子嵌入脱出反应的水系锂离子电池的开发开展得最早最广泛，也最接近产业化，成为目前水系离子电池的主流产品。近年来开发替代碳材料的新型负极材料
‑
硅基负极材料备受关注，钠元素和硅元素在地球上储量丰富，且由于硅负极材料的理论比容量(高达4200mAh
·
g
‑1)较Ag、Al、Ge、Sn和Zn等单质负极材料高，因此受到许多研究学者的关注。水系钠离子电池与锂离子电池的工作原理相似，都是依靠金属离子在正负极材料中嵌入和脱出实现电能的储存和释放。但是此类电池局限于单离子的嵌脱，在实际应用时存在如下不足：首先，具有合适嵌脱离子电位的正负极材料的选择余地较小；其次，受离子嵌脱机制的限制，正负极材料的可逆容量小，导致电池的能量密度较低。
[0003][0004]经检索，专利公开号为CN103384009A，该专利技术公开了用于锂离子二次电池的电极活性材料组成物、用于锂离子二次电池的电极和使用该电极活性材料组成物的锂离子二次电池。该电极活性材料组成物包括电极活性物质和粘结剂。所述粘结剂以聚酰胺
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酰胺酸化合物的形式存在于电极浆料中，经过高温固化形成具有优异稳定性的聚酰胺酰亚胺化合物。所述电极浆料为水系浆料。所述正极活性物质为能够发生锂化及脱锂的粉末材料，选自包含钴、镍、锰、钒的锂金属氧化物。所述负极活性物质能够与锂反应形成含锂化合物的材料选自锡、锡合金、锡氧化物、硅、硅合金、硅氧化物、硅碳复合材料以及它们的组合。专利公开号为CN105449220A公开了一种锂离子电池用水系粘结剂，所述粘结剂为质量含量为1％
‑
6％，以去离子水为溶剂的改性聚丙烯酸酯溶液。所述改性聚丙烯酸酯溶液为有机硅改性聚丙烯酸酯、有机氟改性聚丙烯酸酯或者聚氨酯改性聚丙烯酸酯的一种或几种混合。但上述专利中的技术不适用于水系离子电池体系。
[0005]此外，专利公开号为CN103904291A的专利技术公开了一种水系锂离子电池电极及其制备方法、水系锂电池。该水系锂离子电池电极包括正极或负极集流体、结合在正极集流体表面的正极活性材料层或结合在负极集流体表面的负极活性材料层以及结合在正极或负极活性材料层表面上和所述正极、负极活性材料层中孔隙壁上的保护层。其中，保护层所选用的材料为含锂离子聚合物。其中，正极活性材料包括锰酸锂，负极活性材料为非碳材料，如硅单质、硅化合物。其不足之处在于，锂离子电池体系中的电解液采用易燃易爆的有机电解液，使得锂离子电池储能技术具有一定的安全隐患。专利公开号为CN111477853A的专利技术公开了一种水系钠基混合离子二次电池，该电池的正极活性材料为锰酸钠Na
x
MnO2(X＝0.2～
1.0)，负极活性材料为金属氧化物，电解液为溶解有上述饱和金属氧化物的氢氧化钠溶液，隔膜为无纺布与亲水PP的复合隔膜；其中，正极包括正极活性材料(45
‑
85wt％)、第一导电碳材料(10
‑
45wt％)和第一粘结剂材料(5
‑
10wt％)，负极包括负极活性材料(73
‑
92wt％)、第二导电碳材料(5
‑
15wt％)和第二粘结剂材料(3
‑
12wt％)。但利用金属氧化物作为水系离子二次电池的负极材料会存在溶解现象和结构不稳定的问题。

技术实现思路

[0006]1.要解决的问题
[0007]针对现有水系电池中利用金属氧化物作为负极材料易溶解、结构不稳定的问题，本专利技术提供一种水系离子二次电池，该电池利用金属氧化物硅基复合材料作为负极活性材料，提高了水系离子二次电池的结构稳定性。
[0008]2.技术方案
[0009]为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0010]一种水系离子二次电池，包括正极、负极、电解液和隔膜。
[0011]所述负极包括负极集流体和负极材料，所述负极材料涂覆在负极集流体上，所述负极材料的组分和质量配比为：负极活性材料50％
‑
80％、导电碳材料15％
‑
35％和粘结剂5％
‑
15％。所述负极活性材料为金属氧化物硅基复合材料，选自(Si@MO
y
)@C、(SiO@MO
y
)@C和(Si/SiO@MO
y
)@C复合负极材料(M＝Mg、Zn、Sn、Al、Ti，y＝0～3，y的取值与金价态相关)等硅基负极材料中的一种或几种。所述金属氧化物硅基复合材料可以为购买所得，也可参照专利CN111342051A进行制备。所述金属氧化物硅基复合材料中，Si和M的摩尔比为1：(0.5
‑
1)，C的质量为金属氧化物硅基复合材料的1％
‑
6％。
[0012]所述正极包括正极集流体和正极材料，所述正极材料涂覆在正极集流体上，所述正极材料的组分和质量配比为：正极活性材料80％
‑
93％、导电碳材料4％
‑
15％和粘结剂3％
‑
5％。所述正极活性材料为锰氧化物A
x
MnO2(A＝Li或Na，x＝0～1)，优选的，A＝Na，当采用Na
x
MnO2(x＝0～1)作为正极活性材料时，机理为钠离子在负极材料中的嵌入脱出，相较于Li
x
MnO2(x＝0～1)，Na
x
MnO2(x＝0～1)在水系电池体系中，具有更为稳定的结构和电化学性能，优选的，所述Na
x
MnO2中，Na的取值为0.44～0.67，该取值范围内的Na
x
MnO2为隧道结构，其相较于层状结构更稳定，应用于水系离子二次电池中，具有更高的循环稳定性和更高的电化学性能。此外相较于锂盐，本专利技术的钠源资源更广，更易获取，成本更低。本专利技术的A
x
MnO2可购买可得，也可采用溶剂法+固相烧结的方法制备。
[0013]所述正极集流体和负极集流体为金属集流体，所述金属选自铜箔、铝箔、不锈钢箔、钛箔、不锈钢网、铜网、钛网中的一种或多种。
[0014]所述导电碳材料选自SUPER
‑
P、CNT、VGCF、科琴黑、石墨烯、KS
‑
6、KS
‑
15中的一种或多种。
[0015]所述电解液为溶解1～4mol/L可溶性锂盐或可溶性钠盐的水溶液，包括硫酸锂、醋酸锂、硫酸钠或醋酸钠中的一种或多种。
[0016]所述隔膜为无纺布与滤纸的复合隔膜，所述复合隔膜中，无纺布与滤纸通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水系离子二次电池，包括正极、负极、电解液和隔膜，所述负极包括负极集流体和负极材料，所述负极材料涂覆在负极集流体上，所述负极材料包括负极活性材料，其特征在于，所述负极活性材料为金属氧化物硅基复合材料。2.根据权利要求1所述一种水系离子二次电池，其特征在于，所述金属氧化物硅基复合材料选自(Si@MO
y
)@C、(SiO@MO
y
)@C和(Si/SiO@MO
y
)@C(M＝Mg、Zn、Sn、Al、Ti，y＝0～3)中的一种或多种。3.根据权利要求2所述一种水系离子二次电池，其特征在于，所述金属氧化物硅基复合材料中，Si和M的摩尔比为1：(0.5
‑
1)，C的质量为金属氧化物硅基复合材料的1％
‑
6％。4.根据权利要求3所述一种水系离子二次电池，其特征在于，所述负极材料还包括导电碳材料和粘结剂，所述负极材料的组分和质量配比为：负极活性材料50％
‑
80％、导电碳材料15％
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35％和粘结剂5％
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15％。5.根据权利要求4所述一种水系离子二次电池，其特征在于，所述正极包括正极集流体和正极材料，所述正极材料涂覆在正极集流体上，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁波，李明珠，武聪聪，丁明，张亚绮，宋嘉翔，
申请(专利权)人：蚌埠学院，
类型：发明
国别省市：