CN103427119A - 电池 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种电池，包括正极、负极和电解液，所述正极包括正极集流体和形成于所述正极集流体上的涂层，所述涂层至少包括参与正极反应的正极活性物质，所述正极活性物质能够可逆脱出-嵌入离子；所述负极至少包括负极集流体；所述电解液包括溶剂和电解质，所述溶剂选自水或醇，所述电解质至少能够电离出在充放电过程中在所述负极发生还原-沉积和氧化-溶解的活性离子；所述涂层中正极活性物质的面密度范围为100-3000g/m2。本发明揭示的电池具有优异的电化学性能、较高的能量密度以及良好的循环性能，电池操作安全，生产成本低。

Description

电池
技术领域
本发明属于电化学储能领域，具体涉及一种电池。
背景技术
近年来，随着科技的发展，对能源尤其是可再生绿色能源的需求越来越突出，电池作为能量的储存和转换装置正发挥着不可替代的作用。在诸多种类是电池中，锂二次电池与传统的镍氢、镍镉二次电池相比具有很多优点，比如能量密度大，重量轻，可应用于笔记本电脑等便携式电子产品中；工作电压高、自放电低、循环寿命长、无记忆效应，可多次充放；工作温度宽，可在许多极端环境下使用；安全性能好，工作时无气体产生；无环境公害，有利于环境保护等。
然而，现有的锂二次电池的容量仍旧较小，仍旧无法满足人们日常工作生活的需求。比如，笔记本在使用电池供电工作时，仅仅能够使用约2个小时，多数智能手机待机时间只有1到2天。如果使用者外出工作时间较长没有及时为电池充电，则会给使用者的工作和生活带来不便。
因此，现有技术实有必要进一步提高。
发明内容
本发明旨在提供一种具有良好电化学性能以及高能量密度的电池。
本发明提供一种电池，包括正极、负极和电解液，所述正极包括正极集流体和形成于所述正极集流体上的涂层，所述涂层至少包括参与正极反应的正极活性物质，所述正极活性物质能够可逆脱出-嵌入离子；所述负极至少包括负极集流体；所述电解液包括溶剂和电解质，所述溶剂选自水或醇，所述电解质至少能够电离出在充放电过程中在所述负极发生还原-沉积和氧化-溶解的活性离子；所述涂层中正极活性物质的面密度范围为100-3000g/m2。
优选的，所述涂层中正极活性物质的面密度为300-1500g/m2。
优选的，所述涂层的厚度范围为40-1000μm。
本发明还提供了一种电池，包括正极、负极和电解液，所述正极包括正极集流体和形成于所述正极集流体上的涂层，所述涂层至少包括参与正极反应的正极活性物质，所述正极活性物质能够可逆脱出-嵌入离子；所述负极至少包括负极集流体；所述电解液包括溶剂和电解质，所述溶剂选自水或醇，所述电解质至少能够电离出在充放电过程中在所述负极发生还原-沉积和氧化-溶解的活性离子；所述涂层的厚度范围为40-1000μm。
优选的，所述正极活性物质占所述涂层的比重范围为60-99%。
优选的，所述涂层还包括导电剂，所述导电剂占所述涂层的比重范围为0.5-30%。
优选的，所述涂层还包括粘结剂，所述粘结剂占所述涂层的比重范围为0.5-10%。
优选的，所述正极集流体的厚度范围为5-100μm。
优选的，所述正极集流体的材料选自碳基材料、金属或合金中的一种，其中，所述碳基材料选自玻璃碳、石墨箔、泡沫碳、碳毡、碳纤维中的一种；其中，所述金属选自Al、Fe、Cu、Pb、Ti、Cr、Mo、Co、Ag或经过钝化处理的上述金属中的一种；其中，所述合金选自不锈钢、Al合金、Ni合金、Ti合金、Cu合金、Co合金、Ti-Pt合金、Pt-Rh合金或经过钝化处理的上述合金中的一种。
优选的，所述正极集流体为不锈钢网，所述不锈钢网的规格选自100目、110目、120目、150目、160目、180目、200目、250目、270目或300目。
优选的，所述正极集流体为经过钝化处理的不锈钢网。
本发明提供的电池，涂层中正极活性物质的面密度设置为100-3000g/m2，电池具有优异的电化学性能、较高的能量密度以及良好的循环性能，电池操作安全，生产成本低，适合作为大型储能领域的储能体系以及铅酸电池的替代品。
附图说明
图1是实施例1提供的电池的放电容量与循环次数的关系曲线图；
图2是实施例2提供的电池的放电容量与循环次数的关系曲线图；
图3是实施例3提供的电池的放电容量与循环次数的关系曲线图；
图4是实施例3提供的电池的库伦效率与循环次数的关系曲线图；
图5是实施例4提供的电池的放电容量与循环次数的关系曲线图；
图6是实施例5提供的电池的放电容量与循环次数的关系曲线图；
图7是实施例5提供的电池的库伦效率与循环次数的关系曲线图；
图8是实施例7提供的电池的放电容量与循环次数的关系曲线图；
图9是实施例8提供的电池的放电容量与循环次数的关系曲线图。
具体实施方式
一种电池，电池可以应用于如手机、笔记本电脑等便携式电子产品，电动汽车，电动工具等。
一种电池，包括正极、负极和电解液，正极包括正极集流体和形成于正极集流体上的涂层，涂层至少包括参与正极反应的正极活性物质。
正极活性物质占涂层的重量百分比范围为60-99%，涂层中正极活性物质的面密度范围为100-3000g/m2，优选的，涂层中正极活性物质的面密度范围为300-1500g/m2，涂层厚度范围为40-1000μm。
本发明还提供了一种电池，包括正极、负极和电解液，正极包括正极集流体和形成于正极集流体上的涂层，涂层至少包括参与正极反应的正极活性物质，涂层厚度范围为40-1000μm。
在制备涂层的过程中，一般涉及对涂覆干燥成型的正极进行压制处理，压制处理后的涂层厚度范围为40-1000μm，涂层没有出现干裂或掉粉现象，依照该设计制造的正极具有优良的电化学性能。
具体的，正极活性物质能够可逆脱出-嵌入离子。优选的，正极活性物质能够可逆脱出-嵌入锂离子、钠离子或镁离子。
在具体的实施方式中，正极活性物质是符合通式Li1+xMnyMzOk的能够可逆脱出-嵌入锂离子的尖晶石结构的化合物，其中，-1≤x≤0.5，1≤y≤2.5，0≤z≤0.5，3≤k≤6，M选自Na、Li、Co、Mg、Ti、Cr、V、Zn、Zr、Si、Al中的至少一种。优选的，正极活性物质含有LiMn2O4。更优选的，正极活性物质含有经过掺杂或包覆改性的LiMn2O4。
在具体的实施方式中，正极活性物质是符合通式Li1+xMyM′zM″cO2+n的能够可逆脱出-嵌入锂离子的层状结构的化合物，其中，-1<x≤0.5，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤c≤1，-0.2≤n≤0.2，M，M′，M″分别选自Ni、Mn、Co、Mg、Ti、Cr、V、Zn、Zr、Si或Al的中至少一种。优选的，正极活性物质含有LiCoO2。
在具体的实施方式中，正极活性物质是符合通式LixM1-yM′y(XO4)n的能够可逆脱出-嵌入锂离子的橄榄石结构的化合物，其中，0<x≤2，0≤y≤0.6，1≤n≤1.5，M选自Fe、Mn、V或Co，M′选自Mg、Ti、Cr、V或Al的中至少一种，X选自S、P或Si中的至少一种。优选的，正极活性物质含有LiFePO4。
目前锂电池工业中，几乎所有正极活性物质都会经过掺杂、包覆等改性处理。但掺杂，包覆改性等手段造成材料的化学通式表达复杂，如LiMn2O4已经不能够代表目前广泛使用的“锰酸锂”的通式，而应该以通式Li1+xMnyMzOk为准，广泛地包括经过各种改性的LiMn2O4正极活性物质。同样的，LiFePO4以及LiCoO2也应该广泛地理解为包括经过各种掺杂、包覆等改性的，通式分别符合LixM1-yM′y(XO4)n和Li1+xMyM′zM″cO2+n的正极活性物质。
正极活性物质为锂离子脱出-嵌入化合物时，可以选用如LiMn2O4、LiFePO4、LiCoO2、LiMxPO4、LiMxSiOy(其中M为一种变价金属)等化合物。此外，可脱出-嵌入钠离子的化合物NaVPO4F，可脱出-嵌入镁离子的化合物MgMxOy(其中M为一种金属，0.5<x<3，2<y<6)以及具有类似功能，能够脱出-嵌入离子或官能团的化合物都可以作为本发明电池的正极活性物质，因此，本发明并不局限于锂离子电池。
涂层还包括导电剂，导电剂主要起到提高涂层的导电子能力，导电剂占涂层的重量百分比范围为0.5-30%。导电剂包括选自导电聚合物、碳纳米管、活性碳、石墨烯、碳黑、碳纤维中的至少一种。碳黑包括但不仅限于乙炔黑、科琴碳黑(Ketjen black，KB)以及super-p碳黑。
涂层还包括粘结剂，粘结剂主要是将活性材料粘附在集流体上的高分子化合物，增强活性材料与导电剂以及活性材料与集流体之间的电子接触，更好地稳定正极的性能。粘结剂占涂层的重量百分比范围为0.5-10%。粘结剂选自聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、羧甲基纤维素钠(CMC)、羧甲基纤维素钠衍生物(CMC derivation)、丁苯橡胶(SBR)、丁苯橡胶衍生物(SBRderivation)中的至少一种。丁苯橡胶衍生物如通过化学修饰获得的具有亲水性的丁苯橡胶(PSBR100)。
正极集流体主要是作为传导和收集电子的载体，正极集流体的材料包括碳基材料、金属或合金中的一种。
碳基材料选自玻璃碳、石墨箔、泡沫碳、碳毡、碳纤维中的一种。在一个具体的实施方式中，正极集流体为石墨，如商业化的石墨压制的箔，其中石墨所占的重量比例范围为90-100%。
金属为金属网或金属箔，金属包括Al、Fe、Cu、Pb、Ti、Cr、Mo、Co、Ag或经过钝化处理的上述金属中的一种。在一个具体的实施方式中，正极集流体选自钝化处理的铝箔。
将金属进行钝化处理的主要目的是使金属的表面形成一层钝化膜，从而在电池充放电过程中，能起到稳定的收集和传导电子的作用，而不会参与正极反应，保证电池性能。
合金包括不锈钢、Al合金、Ni合金、Ti合金、Cu合金、Co合金、Ti-Pt合金、Pt-Rh合金或经过钝化处理的上述金属中的一种。
不锈钢包括不锈钢网、不锈钢箔，不锈钢的型号包括但不仅限于不锈钢304或者不锈钢316或者不锈钢316L中的一种。在具体实施方式中，正极集流体采用型号为304的不锈钢箔。若正极集流体采用不锈钢网，则不锈钢网的规格范围选自100目、110目、120目、150目、160目、180目、200目、250目、270目或300目，较佳的不锈钢网的规格为150目，正极活性物质能够稳定的涂覆在正极集流体表面，有利于正极反应的进行。
在正极集流体上涂覆涂层的过程中，可以在正极集流体的两侧均涂覆涂层，也可以仅在一侧涂覆涂层，在具体一个实施方式中，正极集流体为不锈钢网或箔，在不锈钢网或不锈钢箔的两侧均涂覆涂层，而不锈钢网或不锈钢箔的任一侧为单层涂层。单层涂层的厚度范围为40-1000μm。
同样的，将不锈钢进行钝化处理也是使其能够稳定的起到收集和传导电子的作用，而不会参与正极反应，保证电池性能。在具体实施方式中，钝化不锈钢的具体过程为：在50℃下，将不锈钢置入20%的硝酸中半小时，使不锈钢表面形成一层钝化膜。钝化后的不锈钢作为集流体使用。
正极集流体的厚度对正极的电化学性能有一定影响，正极集流体的厚度太薄，会影响正极集流体的机械强度；正极集流体的厚度太厚，会增加正极的重量，从而影响正极的能量密度，在本发明中，正极集流体的厚度为5-100μm，在优选的实施方式中，正极集流体的厚度为50μm。
负极至少包括负极集流体，在一个负极的实施方式中，负极仅包括负极集流体。负极集流体仅作为电子传导和收集的载体，不参与电化学反应。负极集流体的材料选自金属Ni、Cu、Ag、Pb、Sn、Fe、Al或经过钝化处理的上述金属中的至少一种，或者碳基材料，或者不锈钢。其中，碳基材料包括石墨材料，比如商业化的石墨压制的箔，其中石墨所占的重量比例范围为90-100%。不锈钢材料包括但不仅限于不锈钢304或者不锈钢316或者不锈钢316L。
负极集流体还可以选自含有析氢电位高的镀/涂层的金属，从而降低负极副反应的发生。镀/涂层选自含有C、Sn、In、Ag、Pb、Co、Zn的单质，合金，或者氧化物中至少一种。镀/涂层的厚度范围为1-1000nm。例如：在铜的负极集流体表面镀上铅或银，或者以涂覆的形式覆盖一层碳。
电解液包括溶剂和至少一种电解质，溶剂包括水溶液或者醇溶液中的至少一种，醇溶液包括但不仅限于乙醇或甲醇。电解质能够电离出在充放电过程中在负极发生还原-沉积和氧化-溶解的活性离子。
活性离子包括金属离子，金属选自Zn、Fe、Cr、Cu、Mn、Ni中的至少一种。在优选的实施方式中，活性离子为Zn2+。活性离子的浓度范围为0.5-15mol/L。
金属离子以氯酸盐、硫酸盐、硝酸盐、醋酸盐、甲酸盐、磷酸盐中一种或几种形式存在于电解液中。
正极集流体为钝化处理的不锈钢时，优选的，金属离子以硫酸盐或硝酸盐或醋酸盐的形式存在于电解液中；正极集流体为钝化处理的金属铝时，优选的，金属离子以硫酸盐或醋酸盐的形式存在于电解液中。
更优选的，电解液中还包括一种电解质，这种电解质可以电离出对应在正极能够发生可逆脱出-嵌入的离子。
电解液中含有能够可逆脱出-嵌入的离子，从而可以提高正极活性物质与电解液中离子交换速度。具体的，正极活性物质为能够可逆脱出-嵌入锂离子的化合物，电解质中对应的还包括锂离子。可逆脱出-嵌入的离子包括锂离子或钠离子或镁离子，可逆脱出-嵌入的离子在电解液中的浓度范围为0.1-10mol/L。在具体实施方式中，电解液包含锂，锌的硝酸、硫酸或醋酸盐。
为了保证电池容量，电解液中的活性离子的浓度必须达到一定范围，当电解液过碱时，会影响电解液中活性离子的溶解度；当电解液过酸时，则会出现电极材料腐蚀和充放电过程中质子共嵌入等问题，因此，电解液的pH值范围为3-7。
电池的充放电原理为：充电时，正极活性物质中脱出可逆脱出-嵌入的离子，同时伴随正极活性物质内变价金属被氧化，并放出电子；电子经由外电路到达电池负极，同时电解液中的活性离子在负极得到电子被还原，并沉积在负极。放电过程为充电的逆过程。
电池使用水溶液电解液，不存在有机电解液易燃等安全隐患，并且水系电解液相对于有机电解液具有更高的离子导电率，减小了电池极化的影响，因此，本发明提供的电池，涂层中正极活性物质面密度范围为100-3000g/m2，使得电池可以具有非常大的比容量和能量，同时又具有非常优良的电化学性能。
在另一个负极的实施方式中，负极仅包括负极集流体，同时负极集流体的选材与电解液中活性离子的对应，即负极集流体的材料为活性离子的单质，如电解液中活性离子为Zn2+，负极对应为金属Zn。此时，负极不仅是作为活性离子的沉积载体，同时也可以参与电池反应。
在另一个负极的实施方式中，负极包括负极集流体和负极活性物质，负极活性物质的选材与电解液中活性离子的对应，即负极活性物质的材料为活性离子的单质，如电解液中活性离子为Zn2+，负极活性物质对应为金属Zn。
本发明提供的电池在制造过程中可设置隔膜，隔膜包括有机或无机的多孔材料，隔膜的孔隙率范围为20-95%，孔径范围为0.001-100μm。
本发明提供的电池，涂层中正极活性物质的面密度范围为100-3000g/m2，优选的，正极活性物质的面密度为300-1500g/m2，使得应用所述涂层的电池具有良好的电化学性能，并且电池在充放电过程中表现了优异的循环性能，因此，本发明的电池在低电压如铅蓄电池、碱性锌锰电池等应用领域有很大的应用潜力。
下面通过具体实施例来进一步阐述本发明的方案。
实施例1
一种电池，电池正极的集流体采用规格为304的不锈钢棒，正极涂层的活性材料采用LiMn2O4，LiMn2O4的面密度为500g/m2，负极采用规格为304的不锈钢棒，电解液为1mol/L的醋酸锂和1.5mol/L的醋酸锌的混合水溶液。
对电池进行充放电测试，电压范围为1.4-2.1V，充放电倍率为1C。
图1为电池放电容量与循环次数的关系图，从图中可以看出，电池初始放电容量为5mAh，基于正极材料的比容量为100mAh/g，经过200次充放电之后，容量仍保持在90%以上，具有非常高的容量保持率。
实施例2
一种电池，电池正极的集流体采用规格为304的不锈钢棒，正极涂层的活性材料采用LiMn2O4，LiMn2O4的面密度为300g/m2，负极采用规格为304的不锈钢棒，电解液为3mol/L的醋酸锂和1.5mol/L的醋酸锌的混合水溶液。
对电池进行充放电测试，电压范围为1.4-2.1V，充放电倍率为1C。
图1为电池放电容量与循环次数的关系图，从图中可以看出，电池初始放电容量为3mAh，基于正极材料的比容量为100mAh/g，并且电池循环160周后的容量效率仍有80%以上，结果表明该电池具有优异的放电性能和循环性能。
实施例3
以Li1.05Mn1.89Co0.03Al0.03O4为正极活性物质，将正极活性物质、粘结剂PVDF、super-p碳黑按照83：10：7的重量比例混合并且溶解在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中制得正极浆料，正极集流体为厚度1mm的石墨板，将正极浆料均匀涂覆于正极集流体上，正极材料中正极活性物质的面密度为170g/m2，涂层厚度为40um，在空气中110℃下干燥24小时制成正极。电池负极集流体为不锈钢杆。电解液为含有浓度为4mol/L氯化锌和3mol/L氯化锂的去离子水溶液，通过往电解液中滴定0.1mol/L氢氧化锂将电解液的pH值调为4。隔膜为玻璃毡布。将正极、负极组装成电池，中间以隔膜隔开，注入电解液。待电池组装好之后静置12小时随后开始以4C倍率充电和放电。充放电电压区间为1.5-2.1V。
图3是实施例3提供的电池的放电容量与循环次数的关系曲线，从图中可以清晰看出，电池循环4000次的放电容量与首次放电容量几乎相等，电池不仅循环性能非常稳定，并且循环寿命长。
图4是实施例3提供的电池的库伦效率与循环次数的关系曲线，从图中可以看出电池循环4000次后，库伦效率仍接近100%，表明本发明中的电池的充放电性能非常稳定。
实施例4
以LiMn2O4为正极活性物质，将正极活性物质、粘结剂聚四氟乙烯(PTFE)、super-p碳黑按照83:10:7的比例混合并且溶解在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中制得正极浆料。正极活性物质的面密度为800g/m2，涂层的厚度为0.5mm。正极集流体为厚度30μm的不锈钢网，不锈钢不经过钝化，将正极浆料均匀涂覆于正极集流体上，在空气中110℃下干燥24小时制成正极。电池负极集流体为厚度10μm铜箔。电解液为含有浓度为1mol/L醋酸锂和1.5mol/L醋酸锌的水溶液，通过往电解液中滴定0.1mol/L氢氧化锂和0.1mol/L的HAc将电解液的pH值调为4。隔膜为玻璃毡布。将正极、负极组装成电池，中间以隔膜隔开，注入电解液。待电池组装好之后静置12小时随后开始以0.5C倍率充电和放电。充放电电压区间为1.5-2.1V。
图5是实施例4提供的电池的放电容量与循环次数的关系曲线。从图中可以清晰看到：电池首次放电容量为，循环250次后的放电容量与首次放电容量几乎没有差别，表明电池的循环性能非常稳定，本发明提供的电池具有优异的电化学性能。
实施例5
以LiMn2O4为正极活性物质，将正极活性物质、super-p碳黑、粘接剂PVDF按照重量比例83:10:7混合均匀，以NMP作为分散剂，制得正极浆料，均匀涂覆在厚度80μm的正极集流体石墨箔上，正极活性物的面密度为300g/m2，随后干燥、压制得到正极。负极为厚度50μm的金属锌箔，金属锌既是负极活性物质，同时还兼做负极集流体。隔膜为无纺纤维布。电解液为含有3mol/L氯化锂和4mol/L氯化锌的水溶液，通过向电解液中滴加0.1mol/L的LiOH溶液调节电解液的pH为4。室温下，在电压范围1.5-2.1V以1C倍率对电池进行充放电。
图6为实施例5提供的电池的放电容量与循环次数的关系曲线，电池在循环30次后容量略有衰减，但衰减速率很慢。
图7为实施例5提供的电池的库伦效率与循环次数的关系曲线，电池在循环30次后的库伦效率将近90%。
实施例6
以LiMn2O4为正极活性物质，将正极活性物质、super-p碳黑、粘接剂CMC-SBR按照重量比例83:10:7混合均匀，以NMP作为分散剂，制得正极浆料，均匀涂覆在厚度50μm的正极集流体不锈钢箔上，正极活性物质的面密度为700g/m2，涂层厚度为0.4mm，不锈钢不经过钝化，随后干燥、压制得到正极。负极为厚度40μm的金属锌箔，金属锌既是负极活性物质，同时还兼做负极集流体。隔膜为玻璃毡布。电解液为含有1mol/L醋酸锂和1.5mol/L醋酸锌的水溶液，通过向电解液中滴加0.1mol/L的LiOH和0.1mol/L的HAc溶液调节电解液的pH为4。室温下，在电压范围1.5-2.1V以0.5C倍率对电池进行充放电。
实施例6中电池实验结果显示，电池循环320次的放电容量保持率以及库伦效率均接近100%，表明电池具有非常优异的循环性能以及寿命。
实施例7
在实施例7中，将电池置于55℃下进行充放电，以研究电池在高温下的充放电性能，电池其他组成以及测试方法同实施例6。
图8为实施例7提供的电池的放电容量与循环次数的关系曲线，从图中可以看出，电池在55℃高温下，依然具有良好的放电容量保持率，电池循环160次几乎没有明显的容量衰减。
实施例8
以LiMn2O4为正极活性物质，将正极活性物质、super-p碳黑、粘接剂PVDF按照重量比例83:10:7混合均匀，以NMP作为分散剂，制得正极浆料，均匀涂覆在厚度30μm的正极集流体不锈钢网上，正极活性物质的面密度为300g/m2，涂层的厚度为0.2mm，不锈钢不经过钝化，随后干燥、压制得到正极。负极为厚度10μm的金属锌箔，金属锌既是负极活性物质，同时还兼做负极集流体。隔膜为玻璃毡布。电解液为含有1mol/L醋酸锂和1.5mol/L醋酸锌的水溶液，通过向电解液中滴加0.1mol/L的LiOH和0.1mol/L的HAc溶液调节电解液的pH为4。室温下，在电压范围1.5-2.1V以0.5C倍率对电池进行充放电。
图9为实施例8提供的电池的放电容量与循环次数的关系曲线图，从图中可以看出，电池循环30次放电容量几乎没有衰减，表明本发明提供的电池充放电稳定性能良好。
实施例9
以LiMn2O4为正极活性物质，将正极活性物质、super-p碳黑、粘接剂CMC-SBR按照重量比例90.5:1:2.5:6混合均匀，以NMP作为分散剂，制得正极浆料，通过拉浆法使正极浆料均匀涂覆在厚度0.1mm的正极集流体不锈钢网上，正极活性物质的面密度为1500g/m2，随后干燥、压制得到正极，涂层厚度为0.74mm。
负极为厚度50μm的金属锌箔。隔膜为玻璃纤维(AGM)。电解液为含有2mol/L硫酸锌和0.5mol/L硫酸锂的水溶液，电解液pH约为3.5。
室温下，对电池进行充放电，电压范围为1.4-2.1V，充电倍率均为0.2C，研究了在不同放电倍率下的电池性能。
实施例9中提供的电池分别以0.25C、1C、2C和4C进行放电，电池以0.25C放电首次放电容量为115mAh/g，随着放电倍率增加，电池首次放电容量略有下降。
尽管发明人已经对本发明的技术方案做了较详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例作出修改和/或变通或者采用等同的替代方案是显然的，都不能脱离本发明精神的实质，本发明中出现的术语用于对本发明技术方案的阐述和理解，并不能构成对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种电池，包括正极、负极和电解液，
所述正极包括正极集流体和形成于所述正极集流体上的涂层，所述涂层至
少包括参与正极反应的正极活性物质，所述正极活性物质能够可逆脱出-嵌入离子；
所述负极至少包括负极集流体；
所述电解液包括溶剂和电解质，所述溶剂选自水或醇，所述电解质至少能够电离出在充放电过程中在所述负极发生还原-沉积和氧化-溶解的活性离子；
其特征在于：所述涂层中正极活性物质的面密度范围为100-3000g/m2。
2.根据权利要求1中所述的电池，其特征在于：所述涂层中正极活性物质的面密度为300-1500g/m2。
3.根据权利要求1中所述的电池，其特征在于：所述涂层的厚度范围为40-1000μm。
4.一种电池，包括正极、负极和电解液，
所述正极包括正极集流体和形成于所述正极集流体上的涂层，所述涂层至少包括参与正极反应的正极活性物质，所述正极活性物质能够可逆脱出-嵌入离子；
所述负极至少包括负极集流体；
所述电解液包括溶剂和电解质，所述溶剂选自水或醇，所述电解质至少能够电离出在充放电过程中在所述负极发生还原-沉积和氧化-溶解的活性离子；
其特征在于：所述涂层的厚度范围为40-1000μm。
5.根据权利要求1-4中任一所述的电池，其特征在于：所述正极活性物质占所述涂层的比重范围为60-99%。
6.根据权利要求1-4中任一所述的电池，其特征在于：所述涂层还包括导电剂，所述导电剂占所述涂层的比重范围为0.5-30%。
7.根据权利要求1-4中任一所述的电池，其特征在于：所述涂层还包括粘结剂，所述粘结剂占所述涂层的比重范围为0.5-10%。
8.根据权利要求1-4中任一所述的电池，其特征在于：所述正极集流体的厚度范围为5-100μm。
9.根据权利要求1-4中任一所述的电池，其特征在于：所述正极集流体的材料选自碳基材料、金属或合金中的一种，其中，所述碳基材料选自玻璃碳、石墨箔、泡沫碳、碳毡、碳纤维中的一种；其中，所述金属选自Al、Fe、Cu、Pb、Ti、Cr、Mo、Co、Ag或经过钝化处理的上述金属中的一种；其中，所述合金选自不锈钢、Al合金、Ni合金、Ti合金、Cu合金、Co合金、Ti-Pt合金、Pt-Rh合金或经过钝化处理的上述合金中的一种。
10.根据权利要求9所述的电池，其特征在于：所述不锈钢为不锈钢网，所述不锈钢网的规格选自100目、110目、120目、150目、160目、180目、200目、250目、270目或300目。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104733774A (zh) * 2013-12-20 2015-06-24 苏州宝时得电动工具有限公司 电池
CN104934634A (zh) * 2014-03-19 2015-09-23 苏州宝时得电动工具有限公司 电池
CN105098187A (zh) * 2014-04-25 2015-11-25 苏州宝时得电动工具有限公司 电池

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101154745A (zh) * 2007-09-20 2008-04-02 复旦大学 一种水系可充锂或钠离子电池
CN101262056A (zh) * 2007-03-08 2008-09-10 复旦大学 一种水溶液可充锂离子电池
CN101859885A (zh) * 2009-04-09 2010-10-13 上海比亚迪有限公司 一种电池极片,其制备方法及包含该极片的二次电池
CN102110839A (zh) * 2009-12-29 2011-06-29 万向电动汽车有限公司 一种电池
US20110223460A1 (en) * 2010-03-10 2011-09-15 Lawrence Livermore National Security, Llc Low Temperature Sodium-Beta Battery

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101262056A (zh) * 2007-03-08 2008-09-10 复旦大学 一种水溶液可充锂离子电池
CN101154745A (zh) * 2007-09-20 2008-04-02 复旦大学 一种水系可充锂或钠离子电池
CN101859885A (zh) * 2009-04-09 2010-10-13 上海比亚迪有限公司 一种电池极片,其制备方法及包含该极片的二次电池
CN102110839A (zh) * 2009-12-29 2011-06-29 万向电动汽车有限公司 一种电池
US20110223460A1 (en) * 2010-03-10 2011-09-15 Lawrence Livermore National Security, Llc Low Temperature Sodium-Beta Battery

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MINAKSHI M, SINGH P, THURGATE S, ET AL: "Electrochemical behavior of olivine-type LiMnPO4 in aqueous solutions", 《ELECTROCHEMICAL AND SOLID-STATE LETTERS》, vol. 9, no. 10, 8 August 2006 (2006-08-08), pages 471 - 474 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104733774A (zh) * 2013-12-20 2015-06-24 苏州宝时得电动工具有限公司 电池
CN109119635A (zh) * 2013-12-20 2019-01-01 苏州宝时得电动工具有限公司 电池
CN109119635B (zh) * 2013-12-20 2021-10-15 苏州宝时得电动工具有限公司 电池
CN104934634A (zh) * 2014-03-19 2015-09-23 苏州宝时得电动工具有限公司 电池
CN104934634B (zh) * 2014-03-19 2017-07-18 苏州宝时得电动工具有限公司 电池
CN105098187A (zh) * 2014-04-25 2015-11-25 苏州宝时得电动工具有限公司 电池

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