CN106654274A - 电池、电池组以及不间断电源 - Google Patents

电池、电池组以及不间断电源 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电池，包括正极、负极以及电解液，所述正极包括正极材料，所述正极材料包括正极粘结剂、正极导电剂和正极活性物质，所述正极活性物质能够可逆脱出-嵌入第一金属离子；所述电解液包括溶剂水和电解质盐，所述电解质盐至少能够电离出所述第一金属离子和第二金属离子；所述第一金属离子在充放电过程中在所述正极能够可逆脱出-嵌入；所述第二金属离子在充电过程中在所述负极还原沉积为第二金属，所述第二金属在放电过程中氧化溶解为第二金属离子；所述正极粘结剂包括丙烯腈多元共聚物、聚丙烯酸和羟丙基甲基纤维素中的至少一种。本发明电池能够改善正极中导电剂的腐蚀问题，从而进一步改善电池的自放电问题，提高电池的电化学性能。

Description

电池、电池组以及不间断电源
技术领域
本发明属于电池领域，具体涉及一种电池。
本发明还涉及一种电池组，电池组包含若干个电池。
本发明还涉及一种不间断电源。
背景技术
铅酸电池，其出现已超百年，拥有着成熟的电池技术，占据着汽车启动电瓶、电动自行车、UPS等储能领域的绝对市场份额。铅酸电池虽然循环使用寿命较低，能量密度也相对较低，但却拥有价格非常低廉，性价比非常高的优点。因此，近些年来，镍氢电池、锂离子电池、钠硫电池等，均无法在储能领域取代铅酸电池。
新出现了一种基于内部离子交换的水系电池。该电池的工作原理为，正极基于第一金属离子的脱出-嵌入反应，负极基于第二金属离子的沉积-溶解反应，电解液含参与正极脱出-嵌入反应的第一金属离子和参与负极沉积-溶解反应的第二金属离子。该类型电池的理论能量密度为160Wh/Kg，预计实际能量密度可达50～80Wh/Kg。综上所述，该类型电池非常有希望成为替代铅酸电池的下一代储能电池，具有极大的商业价值。
但是，目前该电池在充电时，尤其是在浮充时，电池正极导电剂会发生腐蚀从而被消耗，这一现象一方面导致电池内阻增加、自放电严重，另一方面造成电池内部产生气体、极片膨胀，进而使电池的浮充寿命迅速降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种电池，能够改善电池正极导电剂的腐蚀问题，从而改善电池的浮充寿命问题。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种电池，包括正极、负极以及电解液，所述正极包括正极材料，所述正极材料包括正极粘结剂、正极导电剂和正极活性物质，所述正极活性物质能够可逆脱出-嵌入第一金属离子；所述电解液包括溶剂水和电解质盐，所述电解质盐至少能够电离出所述第一金属离子和第二金属离子；所述第一金属离子在充放电过程中在所述正极能够可逆脱出-嵌入；所述第二金属离子在充电过程中在所述负极还原沉积为第二金属，所述第二金属在放电过程中氧化溶解为第二金属离子；所述正极粘结剂包括丙烯腈多元共聚物、聚丙烯酸和羟丙基甲基纤维素中的至少一种。
优选的，所述正极粘结剂占所述正极材料的质量百分含量为1％-10％。
优选的，所述正极粘结剂还包括羧甲基纤维素，丁苯橡胶，羧甲基纤维素和丁苯橡胶，羧甲基纤维素和丁苯橡胶的衍生物中的一种。
优选的，所述正极粘结剂还包括氧化钛、氧化硅和氧化铝中的至少一种。
优选的，所述丙烯腈多元共聚物在所述正极粘结剂中的重量百分比为10％-90％。
优选的，所述丙烯腈多元共聚物在所述正极粘结剂中的重量百分比为50％-75％。
优选的，所述正极导电剂选自石墨，碳纳米管、碳黑和活性炭中的至少一种。
优选的，所述电解液的pH值为3-7。
优选的，所述电解质中的阴离子包括硫酸根离子、氯离子、醋酸根离子、甲酸根离子、磷酸根离子或烷基磺酸根离子中一种或几种。
优选的，所述第一金属离子选自锂离子、钠离子或镁离子。
优选的，所述第二金属离子为锰离子、铁离子、铜离子、锌离子、铬离子、镍离子、锡离子或铅离子。
优选的，所述正极活性物质选自LiMn2O4、LiFePO4或LiCoO2中一种或几种。
本发明还提供了一种电池组，包括若干个如上所述的电池。
本发明还提供了一种不间断电源，包括如上所述的电池。
与现有技术相比，用于本发明电池中的正极粘结剂，改善了正极的亲水性，降低正极与电解液间的界面阻抗，降低电池内阻；另一方面，正极粘结剂增强正极活性物质与导电剂接触，抑制导电剂损失，减少了电池自放电，使电池具有较高的浮充寿命。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，而并不用于限定本发明。
一种电池，包括正极、负极以及电解液，正极包括正极材料，正极材料包括正极粘结剂、正极导电剂和正极活性物质，正极活性物质能够正极粘结剂和能够可逆脱出-嵌入第一金属离子；电解液包括溶剂水和电解质，电解质至少能够电离出第一金属离子和第二金属离子；第一金属离子在充放电过程中在正极能够可逆脱出-嵌入；第二金属离子在充电过程中在负极还原沉积为第二金属，第二金属在放电过程中氧化溶解为第二金属离子。
本发明电池的充放电原理为：充电时，正极活性物质脱出第一金属离子，同时伴随正极活性物质被氧化，并放出电子；电子经由外电路到达电池负极，同时电解液中的第二金属离子在负极上得到电子被还原，并沉积在负极上。放电时，沉积在负极上的第二金属被氧化，失去电子转变为第二金属离子进入电解液中；电子经外电路到达正极，正极活性物质接受电子被还原，同时第一金属离子嵌入正极活性物质中。
其中，正极材料中的正极活性物质参与正极反应，并且能够可逆脱出-嵌入第一金属离子。优选的，正极活性物质占正极材料的质量百分含量范围为80-90％。
具体的，正极活性物质具有尖晶石结构、层状结构或橄榄石结构。
具体的，第一金属离子选自锂离子、钠离子、镁离子或锌离子。
正极活性物质可以是符合通式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。
正极活性物质可以是符合通式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。
正极活性物质还可以是符合通式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，正极活性物质选自LiMn2O4、LiFePO4或LiCoO2中一种或几种。
在目前电池工业中，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。
正极活性物质为能可逆脱出-嵌入锂离子的物质时，优选可以选用如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-嵌入第一金属离子的化合物都可以作为本发明电池的正极活性物质。
具体的，正极还包括负载正极活性物质的正极集流体，正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，即在电池工作电压范围内，正极集流体能够稳定的存在于电解液中而基本不发生副反应，从而保证电池具有稳定的循环性能。
正极集流体的材料选自碳基材料、金属或合金中的一种。
碳基材料选自玻璃碳、石墨箔、石墨片、泡沫碳、碳毡、碳布、碳纤维中的一种。在具体的实施方式中，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％。
金属包括Ni、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。
合金包括不锈钢、碳钢、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。
优选地，对正极集流体进行钝化处理，其的主要目的是，使正极集流体的表面形成一层钝化的氧化膜，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，而不会参与电池反应，保证电池性能稳定。正极集流体钝化处理方法包括化学钝化处理或电化学钝化处理。
化学钝化处理包括通过氧化剂氧化正极集流体，使正极集流体表面形成钝化膜。氧化剂选择的原则为氧化剂能使正极集流体表面形成一层钝化膜而不会溶解正极集流体。氧化剂选自但不仅限于浓硝酸或硫酸高铈(Ce(SO4)2)。
电化学钝化处理包括对正极集流体进行电化学氧化或对含有正极集流体的电池进行充放电处理，使正极集流体表面形成钝化膜。
更加优选的，正极还包括负载正极活性物质的复合集流体，复合集流体包括正极集流体和包覆在正极集流体上导电膜。导电膜通过热压复合、抽真空或喷涂方式结合到正极集流体上。
在一个具体的实施例中，复合集流体为导电PE膜包覆的不锈钢。
为了提高正极活性物质的导电能力，通常，在制备正极活性物质的正极浆料时，还会添加一定量的正极导电剂，优选的，正极导电剂选自石墨、碳纳米管、碳黑和活性炭中的至少一种。
碳黑包括但不仅限于乙炔黑和Super-P。石墨为片状石墨或球状石墨，示例的，片状石墨包括SFG6和SFG15；球状石墨包括KS6和KS15。更优选的，石墨为片状石墨，片状石墨具有各向异性，因此具有良好的抗腐蚀能力，从而改善正极自放电和浮充性能。
在正极活性物质中加入的正极粘结剂基本作用是将正极活性物质和正极导电剂粘附在一起，并保持在集流体上，增强正极活性物质与正极集流体之间的电子接触。
正极粘结剂包括丙烯腈多元共聚物(LA133)、聚丙烯酸(PAA)和羟丙基甲基纤维素(HPMC)中的至少一种。
本发明提供的电池为水系电池，电池工作电压范围一般为1.4-2.1V，电池充电时，正极导电剂在高电压下存在被氧化的现象，导致电池内部产生气体，气体阻碍正极被水系电解液浸湿，提高了正极与电解液之间的界面阻抗。而本发明提供的正极粘结剂除了基本的粘结作用以外，主要是可以改善正极的亲水性，降低正极与水系电解液之间的界面阻抗，降低电池内阻。正极粘接剂添加量越多，正极浆料的粘度越大，那么正极活性物质和正极导电剂粘接越好，水系电解液越难渗透，这样在一定程度上会抑制正极导电剂的损失，但是会导致正极内阻增加；正极粘结剂添加量越小，正极活性物质和正极导电剂的接触会变差，水系电解液容易渗透，在高电压下正极导电剂损失增加。优选的，正极粘结剂占正极材料的质量百分含量为1％-10％。这样设置，不仅可以保证正极活性物质与正极导电剂有效的结合，而且不会影响电池的能量密度。
在一优选的实施例中，正极粘结剂除了包括LA 133、PAA和HPMC中的至少一种之外，正极粘结剂还包括羧甲基纤维素(CMC)、丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素(CMC)和丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素(CMC)和丁苯橡胶的衍生物中的一种。丁苯橡胶的衍生物包括但不仅限于亲水改性的丁苯橡胶(PSBR)。
在一实施例中，正极粘结剂包括LA 133和CMC；在另一实施例中，正极粘结剂包括LA 133、CMC和SBR；在另一实施例中，正极粘结剂包括LA 133、CMC和PSBR。
在另一优选的实施例中，正极粘结剂除了包括LA 133、PAA和HPMC中的至少一种之外，正极粘结剂还包括氧化物，氧化物包括氧化钛、氧化硅和氧化铝中的至少一种。
在正极粘结剂除了包括LA 133、PAA和HPMC中的至少一种之外，正极粘结剂还包括其他有机聚合物或氧化物的实施例中，优选的，LA 133在正极粘结剂中的重量百分比为10％-90％。更优选的，LA 133在正极粘结剂中的重量百分比为50％-75％，这样设置，可以明显改善正极自放电，提高电池的浮充寿命。
现有技术中，LA 133常用作锂离子电池负极粘结剂使用，因为其较强的粘接性能从而抑制负极在充放电过程中出现掉粉现象。在本发明中，将LA 133用作水系电池的正极粘结剂，主要抑制正极导电剂损失，减少自放电，提高电池浮充寿命。
具体到一个实施例中，在制备以LA 133作为正极粘结剂的正极浆料时，正极浆料的粘度范围为4×104-6×104mPa·s；在制备以羟丙基甲基纤维素(HPMC)作为正极粘结剂的正极浆料时，正极浆料的粘度范围为0.5×104-2×104mPa·s。
在另一优选的实施例中，正极粘结剂包括HPMC和SBR。
具体的，正极导电剂占正极材料的质量百分含量范围为6％-15％，正极活性物质占正极材料的质量百分含量范围为80-90％。因此，在保证正极材料具有优异的导电性能的同时，使正极具有较高的容量。
电池的负极，发生电化学反应的物质为第二金属，第二金属能够氧化溶解为第二金属离子且第二金属离子能可逆还原沉积为第二金属。优选的实施方式中，第二金属离子为锰离子、铁离子、铜离子、锌离子、铬离子、镍离子、锡离子或铅离子。
以下对本发明电池的负极，做详细的描述和说明。
负极根据其结构以及作用的不同，可以为以下三种不同的形式。
在一个具体的实施例中，负极仅包括负极集流体，并且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。
示例的，负极集流体为铜箔、不锈钢网、不锈钢箔或石墨箔。
在另一个具体的实施例中，除了负极集流体，负极还包括负载在负极集流体上的负极活性物质。负极活性物质为第二金属，如电解液中活性离子为Zn2+，负极活性物质对应为金属Zn。示例的，负极包括黄铜箔和锌箔，黄铜箔作为负极集流体，锌箔对应负极活性物质，可参与负极反应。
负极活性物质以片状或者粉末状存在。
当负极活性物质为片状时，负极活性物质与负极集流体形成复合层。
当负极活性物质为粉末时，将第二金属粉末制成浆料，然后将浆料涂覆在负极集流体上制成负极。在具体的实施方式中，制备负极时，除了负极活性物质第二金属粉末之外，根据实际情况，还根据需要添加负极导电剂和负极粘结剂来提升负极的性能。
在另一个具体的实施例中，负极仅包括负极活性物质，负极作为负极活性物质的同时还作为负极集流体。示例的，第二金属离子为锌离子，负极为锌箔。锌箔可参与负极反应。
以下对本发明电池的电解液，做详细的描述和说明。
电解液包括溶剂和电解质，溶剂的作用是溶解电解质，并使电解质在溶剂中电离，最终在电解液中生成可自由移动的阳离子和阴离子。
溶剂优选为水和/或醇。其中醇包括但不限于甲醇或乙醇。
电解质包括第一金属离子和第二金属离子，其中，电解质中的第一金属离子，在充放电过程中在正极能够可逆脱出-嵌入。即在电池放电时，电解液中的第一金属离子嵌入正极活性物质中；在电池充电时，第一金属离子从正极活性物质中脱出，进入电解液。
优选地，第一金属离子选自锂离子或钠离子或镁离子或锌离子。
电解质中的第二金属离子，在充放电过程中在负极能够还原沉积为第二金属且第二金属能可逆氧化溶解。即在电池充电时，电解液中的第二金属离子还原成第二金属，沉积在负极上；在电池放电时，第二金属氧化成第二金属离子从负极上溶解，进入电解液。
优选地，第二金属离子选自锰离子、铁离子、铜离子、锌离子、铬离子、镍离子、锡离子或铅离子；优选为锌离子。
在一优选实施例下，本发明的第一金属离子选自锂离子，同时第二金属离子选自锌离子，即电解质中阳离子为锂离子和锌离子。
电解质中阴离子，可以是任何基本不影响正负极反应、以及电解质在溶剂中的溶解的阴离子。例如可以是硫酸根离子、氯离子、醋酸根离子、甲酸根离子、磷酸根离子、烷基磺酸根离子及其混合等。
优选的，烷基磺酸根离子为甲基磺酸根离子。采用甲基磺酸根离子，可以进一步增强电解液中第一金属离子和第二金属离子的溶解度，且其成本较低。
电解液中各离子的浓度，可以根据不同电解质、溶剂、以及电池的应用领域等不同情况而进行改变调配。
优选的，在电解液中，第一金属离子的浓度为0.1-10mol/L。
优选的，在电解液中，第二金属离子的浓度为0.5-15mol/L。
优选的，在电解液中，阴离子的浓度为0.5-12mol/L。
优选的，电解液的pH值范围为3-7。这样既可以有效保证电解液中第二金属离子的浓度，从而保证电池的容量以及倍率放电性能，还可以避免质子共嵌入问题的发生。
电池可以不含隔膜。当然，为了提供更好的安全性能，优选在电解液中位于正极与负极之间还设有隔膜。隔膜可以避免其他意外因素造成的正负极相连而造成的短路。
隔膜没有特殊要求，只要是允许电解液通过且电子绝缘的隔膜即可。有机系锂离子电池采用的各种隔膜，均可以适用于本发明。隔膜还可以是微孔陶瓷隔板等其他材料。
本发明电池中使用的正极粘结剂，改善正极片的浸润性，抑制电池内部产生的氧气气泡阻碍正极被电解液润湿，降低了电解液和正极材料界面阻抗，提高电池浮充性能，减少电池自放电。
本发明还提供了一种电池组，电池组包含若干个上述的电池，具体的，通过串联、并联或其组合连接两个以上电池来生产电池组。电池组的容量和电压可以通过电池的串联和/或并联方式自由地调整。根据本发明提供的电池或由电池构建的电池组可以用作车辆和运输手段如火车的电源，并用作可固定/可安装电源如不间断电源。
下面通过实施例对本发明进一步说明。
实施例1
先将粘结剂丙烯腈多元共聚物(LA 133)充分溶解在水中，然后将正极活性物质锰酸锂LiMn2O4、导电剂SP-Li和粘结剂LA 133按照质量比90:5:5在水中混合，混合形成均匀的正极浆料，将正极浆料涂覆在正极集流体导电PE膜上在60℃下干燥12h，正极活性物质面密度为5-7mg/cm2，随后将其进行压片，制成正极，记作S1。
实施例2
在实施例2中，先将粘结剂聚丙烯酸(PAA)充分溶解在水中，然后将正极活性物质锰酸锂LiMn2O4、导电剂SP-Li和粘结剂PAA按照质量比90:5:5在水中混合，混合形成均匀的正极浆料。正极制备工艺和其余组成同实施例1，制得的正极记作S2。
实施例3
在实施例3中，先将粘结剂聚丙烯酸(PAA)充分溶解在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，然后将正极活性物质锰酸锂LiMn2O4、导电剂SP-Li和粘结剂PAA按照质量比90:5:5在水中混合，混合形成均匀的正极浆料。正极制备工艺和其余组成同实施例1，制得的正极记作S3。
实施例4
在实施例4中，先将粘结剂羟丙基甲基纤维素(HPMC)充分溶解在水中，然后将正极活性物质锰酸锂LiMn2O4、导电剂SP-Li和粘结剂HPMC按照质量比90:5:5在水中混合，混合形成均匀的正极浆料。正极制备工艺和其余组成同实施例1，制得的正极记作S4。
对比例1
在对比例1中，粘结剂采用聚偏氟乙烯(PVDF)，正极制备工艺和其余组成同实施例1，制得的正极记作D1。
亲水性测试
对实施例1-4和对比例1中正极的亲水性和亲电解液进行测试。具体的，从形成在正极上液滴的外形来测定接触角，利用轴对称液滴形状分析(ADSA)软件对拍摄的液滴外形的照片进行处理，从而测定液滴的前进与后退接触角。
在测试正极的亲水性时，通过注射器将水滴在正极上，来测试水滴在正极上的前进接触角和后退接触角。在测试正极的亲电解液时，通过注射器将电解液滴在正极上，具体的，电解液为含有2mol/L硫酸锂和1mol/L硫酸锌的水溶液(pH＝4.3)。
亲水性测试结果如下表1所示。从表1可以看出：粘结剂LA 133的亲水性最好，而PVDF是这些粘结剂中最憎水的。亲水的粘结剂有助于提高正极涂层与电解液的接触。
亲电解液的测试结果与亲水性测试结果趋势一样，电解液液滴在S1上测得的前进和后退接触角最小，其次是S2、S4和S3，含有粘结剂PVDF的D1上前进和后退接触角最大。但电解液液滴在正极上测得的前进接触角要明显大于水滴在正极上的前进接触角，说明正极在电解液中浸润性和在水中是完全不同的，相比较而言，电解液与S1的浸润性是最好的，与D1的浸润性是最差的，正极涂层中合适的电解液渗透有利于兼顾电池正极活性物质的利用率和电池寿命。
表1
实施例5
制备同实施例1中的正极。锌片作为负极。电解液为含有2mol/L硫酸锂和1mol/L硫酸锌的水溶液，电解液的pH调节为4.3。
AGM作为隔膜。将正极、负极、电解液和隔膜组装成SwagelokTM型电池，记作B1。
实施例6
制备同实施例2中正极，其余电池制备方法和构成同实施例5。实施例6中电池，记作B2。
实施例7
制备同实施例3中正极，其余电池制备方法和构成同实施例5。实施例7中电池，记作B3。
实施例8
制备同实施例4中正极，其余电池制备方法和构成同实施例5。实施例8中电池，记作B4。
对比例2
制备同对比例1中正极，其余电池制备方法和构成同实施例5。对比例2中电池，记作D2。
电池性能测试
在室温和高温(60℃)下测试电池的自放电和浮充性能。具体的，将电池B1-B4和D2以0.2C倍率、电压范围1.4V-2.1V充放电三次，测试电池的放电比容量Q前，然后在将电池充电至2.1V，在2.1V下对电池进行浮充24小时，测试电池的浮充电流；浮充24小时后，停止对电池充电，将电池搁置72小时，测量开路时电池的电压降以及电池搁置72小时后，电池以0.2C放电的放电比容量Q后，定义电池容量保持率等于(Q后/Q前)×100％。
电池性能测试结果如表2所示。
从表2中结果可以看出，综合浮充电流密度、自放电剩余电压和容量保持率，含有粘结剂LA 133的B1性能最好，其次是B2、B4和B3，D2的性能最差。浮充电流越大表明电池自放电越大，搁置时电池电压越小大表明电池自放电越大。因此，B1的自放电最小，而D2的自放电相对最大。
表2
实施例9
将锰酸锂LMO、导电剂石墨，正极粘结剂CMC和LA 133按照质量比LMO:CMC:LA 133:石墨＝84.5:1.75:1.75:12在水中混合，形成均匀的正极浆料，将正极浆料涂覆在正极集流体石墨箔上，在60℃下进行干燥处理，随后将其进行压片，剪裁成8×10cm大小，制成正极正极活性物质面密度为750g/m2。
负极包括2片20μm厚的负极活性物质锌箔和1片20μm厚的负极集流体黄铜箔，黄铜箔置于2片锌箔中间。
电解液为2mol/L的ZnSO4和1mol/L的Li2SO4混合水溶液，调节电解液pH为5。
隔膜为AGM玻璃纤维，将三氧化二铋添加在隔膜上，具体的，添加在隔膜面向负极的一侧，三氧化二铋的添加量为0.2g/Ah。隔膜和负极尺寸与正极相当。
将5片正极和6片负极交错排列，正、负极之间以隔膜隔开，组成一个电池，理论容量约5Ah，电池组装完成后，注入电解液至饱和。
实施例10
将锰酸锂LMO、导电剂石墨，正极粘结剂SBR和HPMC按照质量比LMO:HPMC:SBR:石墨＝84.5:1:2.5:12在水中混合，形成均匀的正极浆料。电池其余组成和制备方法同实施例10
实施例11
将锰酸锂LMO、导电剂石墨，正极粘结剂SBR、CMC和LA 133按照质量比LMO:SBR:CMC:LA 133:石墨＝83.5:1:1.75:1.75:12在水中混合，形成均匀的正极浆料。电池其余组成和制备方法同实施例10。
对比例3
制备正极：将锰酸锂LMO、导电剂石墨，正极粘结剂SBR和CMC按照质量比LMO:CMC:SBR:石墨＝84.5:1:2.5:12在水中混合，形成均匀的正极浆料。电池其余组成和制备方法同实施例10。
高温加速浮充寿命试验
室温下，将实施例9-11和对比例3中电池以0.2C倍率在1.4-2.1V电压范围内进行充放电循环，标定电池容量。再将电池在60℃下、1.95V浮充168h(一周)，然后以0.2C放电至1.4V。测试电池的放电容量。以电池的放电容量降至50％作为电池的浮充寿命。
高温加速浮充寿命试验是以环境温度60℃下一周的一个充放电试验折合室温四个月的正常使用寿命。
对比例3中电池高温浮充寿命为9至10周，而实施例9中电池高温浮充寿命相对于对比例3中电池提升了20％，折算到常温，实施例9中电池浮充寿命增加了7-8个月。实施例10中电池高温浮充寿命相对于对比例3中电池提升了10％，实施例11中电池高温浮充寿命与实施例9的电池相当。这一结果表明，正极粘结剂LA 133和CMC相对于粘结剂SBR和CMC，可以明显改善电池浮充性能。
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、负极以及电解液，
所述正极包括正极材料，所述正极材料包括正极粘结剂、正极导电剂和正极活性物质，所述正极活性物质能够可逆脱出-嵌入第一金属离子；所述电解液包括溶剂水和电解质盐，所述电解质盐至少能够电离出所述第一金属离子和第二金属离子；所述第一金属离子在充放电过程中在所述正极能够可逆脱出-嵌入；所述第二金属离子在充电过程中在所述负极还原沉积为第二金属，所述第二金属在放电过程中氧化溶解为第二金属离子；
其特征在于：所述正极粘结剂包括丙烯腈多元共聚物、聚丙烯酸和羟丙基甲基纤维素中的至少一种。
2.如权利要求1所述的电池，其特征在于：所述正极粘结剂占所述正极材料的质量百分含量为1％-10％。
3.如权利要求1所述的电池，其特征在于：所述正极粘结剂还包括羧甲基纤维素，丁苯橡胶，羧甲基纤维素和丁苯橡胶，羧甲基纤维素和丁苯橡胶的衍生物中的一种。
4.如权利要求1所述的电池，其特征在于：所述正极粘结剂还包括氧化钛、氧化硅和氧化铝中的至少一种。
5.如权利要求3或4所述的电池，其特征在于：所述丙烯腈多元共聚物在所述正极粘结剂中的重量百分比为10％-90％。
6.如权利要求3或4所述的电池，其特征在于：所述丙烯腈多元共聚物在所述正极粘结剂中的重量百分比为50％-75％。
7.如权利要求1所述的电池，其特征在于：所述正极导电剂选自石墨，碳纳米管、碳黑和活性炭中的至少一种。
8.如权利要求1所述的电池，其特征在于：所述电解液的pH值为3-7。
9.一种电池组，包括若干个如权利要求1-8中任意一项所述的电池。
10.一种不间断电源，包括如权利要求1-8中任意一项所述的电池。
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