一种水溶液锂离子电池制造技术

本发明专利技术涉及一种水溶液锂离子电池，其特征在于，其负极活性物质是铜的水不溶性化合物。该水溶液锂离子电池特点是与现有水溶液锂离子电池相比正负极容量高，具备良好商业价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化学电源领域，涉及一种锂离子电池，具体地说，本专利技术涉及一种以水溶液为电解质的锂离子电池。
技术介绍
目前交通、储能、国防军事重要等领域中常用的铅酸电池由于具有严重的环境污染面临关停境地，同时其价格的不断攀升也使其逐渐失去优势。另一方面，锂离子电池具有电压高、能量密度大、环境友好、使用寿命长等优点而在手机、数码相机、笔记本电脑等小型电子产品领域取得巨大商业成功。但是其面临的安全隐患使其拓展至交通、储能以及军事等大型应用领域的努力受阻。锂离子电池的安全隐患与有机电解液的使用有很大关系。1994年，有人提出采用水溶液取代有机电解液的设想，但由于其循环寿命差，容量密度低等原因，没有引起重视。 近年来受能源与环境压力的影响，水溶液锂离子电池的研究发展很快，但受材料及水溶液分解电压的限制，截止目前，仅有钒、钛、铈、锰、钴等的有关化合物所组成的水溶液锂离子电池体系被提出。这些水溶液锂离子电池体系往往正负极容量不高，难以满足储能等领域的要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是现有水溶液锂离子电池正负极容量不高，难以满足储能等领域的要求。为此本专利技术提出一种新的水溶液锂离子电池体系，即以铜的水不溶性化合物为负极的水溶液锂离子电池体系。本专利技术的水溶液锂离子电池工作电压高，正极容量发挥稳定，负极容量在90-220mAh/g之间，具备良好商业价值。本专利技术提供的一种水溶液锂离子电池体系，其基本组成如下(1)正极由活性物质、粘结剂、导电剂混合后粘接于集流体上而成。其活性物质为锂-过渡金属的氧化物、商化物、硫化物、硫酸盐-氟化物的复合物、磷酸盐、碳酸盐、草酸盐中的一种或多种的复合物，优选锰酸锂、钴-镍-锰三元材料和磷酸铁锂。粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、丁苯胶乳等中的一种或多种组成。导电剂由石墨、炭黑、铁粉、锰粉、铜粉、铝粉等中的一种或多种组成。集流体可以由铜、铝、不锈钢、 镍的箔片或网组成。(2)负极由活性物质、粘结剂、导电剂混合后粘接于集流体上而成。其活性物质是铜的不溶性化合物，优选氧化铜、草酸铜、碱式碳酸铜、氢氧化铜、磷酸铜等中的一种或多种组成。粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、丁苯胶乳等中的一种或多种组成。导电剂由石墨、炭黑、铁粉、锰粉、铜粉、铝粉等中的一种或多种组成。集流体可以由铜、铝、不锈钢、镍的箔片或网组成。(3)隔膜可以是玻璃纤维、多孔PP/PE(聚丙烯/聚乙烯)塑料、PVDF(聚偏氟乙烯)、PTFE(聚四氟乙烯)膜等。(4)电解液溶质为锂盐，可以是锂的商化物、硫酸盐、硝酸盐、草酸盐、醋酸盐、亚硫酸盐、磷酸盐、氢氧化物等。溶剂为可以是水、N-甲基吡咯烷酮、N-甲基甲酰胺、酒精、甲醇、二甲亚砜、乙醚、乙酸乙酯、四氢呋喃、二氧五环、二氧六环、丙酮、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、r-丁内酯等中的一种或多种，优选碳酸酯类溶剂的混合物和水，更优选水。 电解液可以通过加入凝胶化剂而呈凝胶态，凝胶添加剂可以是淀粉及其衍生物，明胶、聚丙烯酸酯及其衍生物、醋酸酯类、缩甲基纤维素类以及相关的吸水树脂，或加入聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸酯及其衍生物等，优选加入聚丙烯酸树脂、淀粉、缩甲基纤维素盐。(5)外壳外壳材质可以是金属、无机物陶瓷、塑料、橡胶、树脂等高分子材料或金属与上述高分子材料组成的复合材料。优选不锈钢、铝合金、铝塑复合材料、聚丙烯、聚乙烯、PET树脂等。为适应设备需求，外壳可以有不同的形状，例如管状、盒状、球状、多面体状， 以及上述多种形状的组合。实施例证明本专利技术铜的水不溶性化合物为负极的水溶液锂离子电池与现有水溶液锂离子电池相比具有如下技术效果正负极容量高，其中负极容量在90-220mAh/g之间， 具备良好商业价值。附图说明图1是实施例1中负极的循环伏安曲线。图2是实施例1中电池的充放电曲线。图3是实施例2中电池的充放电曲线。图4是实施例3中电池的充放电曲线。具体实施例方式本专利技术下面将通过参考实施例进行更详细的描述，但本专利技术的保护范围并不受限于这些实施例。实施例1本实施例描述了一种以锰酸锂为正极、氢氧化铜为负极的水溶液锂离子电池。1正极部分取工业锰酸锂为正极活性物质，取导电炭黑SP为导电剂，60wt%的 PTFE乳液为粘结剂，按照活性物质导电剂粘结剂为80 10 10的重量比例，搅拌混合均勻，在辊压机上辊压成薄膜，50°C烘箱中鼓风干燥48h，140°C真空干燥19h。压在镍网上，与铜丝相连，作为正极。正极电解液为浓度20wt%的硫酸锂水溶液。2负极部分取氢氧化铜粉末，取天然石墨为导电剂，60wt%的PTFE乳液为粘结齐U，按照活性物质导电剂粘结剂为80 10 10的重量比例，搅拌混合均勻，在辊压机上辊压成薄膜，50°C烘箱中鼓风干燥48h，140°C真空干燥19h。压在镍网上，与铜丝相连，作为负极。3隔膜取厚度20微米的PP-PE复合多孔膜为隔膜。4电解液20%硫酸锂水溶液。图1是负极氢氧化铜的循环伏安曲线，其中的氧化-还原峰清晰地表明了该负极材料具有良好的电化学活性。图2是该实施例所得电池的充放电曲线，所得电池工作电压 0. 5-0. 8V，正极容量为110mAh/g，负极容量为220mAh/g。实施例2本实施例描述了一种以LiC0l/3Ni1/3Mni/3A三元材料为正极、碱式碳酸铜为负极的水溶液锂离子电池。1正极部分取市售钴镍锰三元材料为正极活性物质，取乙炔黑为导电剂，PVDF 为粘结剂，按照活性物质导电剂粘结剂为90 5 5的重量比例，搅拌混合均勻，在辊压机上辊压成薄膜，50°C烘箱中鼓风干燥48h，140°C真空干燥19h。压在铜网上，与铜丝相连，作为正极。正极电解液为浓度20wt%的硫酸锂水溶液。2负极部分取碱式碳酸铜粉末，取电解铜粉和乙炔黑重量比1 1混合粉末为导电剂，PVDF为粘结剂，按照活性物质导电剂粘结剂为80 10 10的重量比例，搅拌混合均勻，在辊压机上辊压成薄膜，50°C烘箱中鼓风干燥48h，140°C真空干燥19h。压在镍网上，与铜丝相连，作为负极。3隔膜取厚度20微米的PP-PE复合多孔膜为隔膜。4电解液20%硝酸锂水溶液。图3是该实施例所得电池的充放电曲线，所得电池工作电压0. 5-1. 2V，正极容量为110mAh/g。测试负极容量为155mAh/g。实施例3本实施例描述了一种以磷酸铁锂材料为正极、氧化铜为负极的水溶液锂离子电池。1正极部分取市售工业磷酸铁锂材料为正极活性物质，取导电炭黑SP为导电齐IJ，PVDF为粘结剂，按照活性物质导电剂粘结剂为80 10 10的重量比例，搅拌混合均勻，在辊压机上辊压成薄膜，50°C烘箱中鼓风干燥48h，140°C真空干燥19h。压在不锈钢网上，与铜丝相连，作为正极。正极电解液为浓度20wt%的硫酸锂水溶液。2负极部分取氧化铜粉末，取铝粉为导电剂，SBR和CMC混合胶乳为粘结剂，按照活性物质导电剂粘结剂为85 5 10的重量比例，搅拌混合均勻，在辊压机上辊压成薄膜，50°C烘箱中鼓风干燥48h，140°C真空干燥19h。压在镍网上，与铜丝相连，作为负极。3隔膜玻璃纤维纸。4电解液15%氯化锂水溶液。图4是本实施例所得电池的充放电曲线，所得电池本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张汉平，李成钢，杜青，孙晓辉，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：