CN110350133A - 一种可充电式密封锌离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可充电式密封锌离子电池，包括有二氧化锰正极板、锌负极板和电解质溶液，所述二氧化锰正极板包括有载体、活化二氧化锰、导电剂和粘接剂所述锌负极板包括有载体、活化锌粉、导电剂和粘接剂；所述二氧化锰正极板表面上还设有聚烯烃隔膜；所述锌负极板上卷绕有浆层纸；所述载体为多孔不锈钢；本发明所采取的技术方案解决了目前的偏微酸性及中性锌离子电池一般使用铅酸电池和微孔隔板，厚度在0.3mm‑0.5mm，这样的方式导致不利于提高电池循环寿命的问题。

Description

一种可充电式密封锌离子电池
技术领域
本发明涉及电池领域，具体涉及一种可充电式密封锌离子电池。
背景技术
锌锰电池从1862年由法国工程师g.Leclanche发明发展至今已经一百多年了。它经历了从最初低功率的糊式氯化铵C型干电池；第二代重负荷纸板时氯化锌P型干电池；第三代高功率碱性锌锰干电池。到2018年底，我国生产锌锰电池和碱性锌锰电池约350亿支。从上世纪40年代开始，电池科学家和工程师们为了节约资源，保护环境，一直致力于开发可充电碱性锌锰电池。锌锰电池的锌电极和锰电极具有原材料资源丰富、价格低，理论比容量高，分别为1350mAh和617mAh，具有使用寿命长，绿色环保等优点。但是锌电极在充放电过程中存在易钝化、析出锌枝晶造成电池短路、自放电大、充电效率低、高倍率放电容量低、低温性能差、循环寿命低等缺点，使得一直以来可充电碱性锌锰电池没有形成真正意义上的产业化，没有充分的发展和使用。而近年来，环保问题对人类的困扰日趋严重，锂离子电池固有的内部有机溶剂存在安全隐患；铅酸电池在生产过程中产生对环境的污染，急需要一种开发绿色环保价格低廉的电池。随着拉浆技术、掺杂技术等电池电电极技术的发展，偏微酸性及中性电解质的锌离子电池应运而生。目前的偏微酸性及中性锌离子电池一般使用铅酸电池和微孔隔板，厚度在0.3mm-0.5mm，这样的方式导致不利于提高电池循环寿命的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可充电式密封锌离子电池，解决目前的偏微酸性及中性锌离子电池一般使用铅酸电池和微孔隔板，厚度在0.3mm-0.5mm，这样的方式导致不利于提高电池循环寿命的问题。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：一种可充电式密封锌离子电池，包括有二氧化锰正极板、锌负极板和电解质溶液，所述二氧化锰正极板包括有载体、活化二氧化锰、导电剂和粘接剂所述锌负极板包括有载体、活化锌粉、导电剂和粘接剂；所述二氧化锰正极板表面上还设有聚烯烃隔膜；所述锌负极板上卷绕有浆层纸；所述载体为多孔不锈钢；
进一步的，所述载体为孔率为20%-90%的不锈钢网；所述载体厚度为0.01mm-0.1mm；
进一步的，所述载体的孔率为75%；所述载体的厚度为0.05mm；
进一步的，所述可充电式密封锌离子电池的制备方法包括有以下步骤：
1）将活化二氧化锰、导电剂和粘接剂混合搅拌均匀后，经过拉浆、烘干、压片和切片制成二氧化锰正极板；
2）将活化锌粉、导电剂、和粘接剂混合搅拌均匀后，经过拉浆、烘干、压片和切片支撑锌负极板；
3）用硫酸锌或者硫酸锰溶液，配置电解质溶液；
4）将配置好的电解质溶液加入到经过隔膜卷绕、极组入壳、滚槽制得的电池中，再进行密封涂胶、电焊盖帽、封口制得可充电式密封锌离子电池；
进一步的，步骤1）中活化二氧化锰为经过电解或者经过化学处理的活化二氧化锰；活化二氧化锰的粒径分布在800目-1000目；
进一步的，步骤2）中活化锌粉为经过点解或者经过化学处理的活化锌粉；活化锌粉的粒径分布在300目-800目；
进一步的，步骤3）中硫酸锌溶液包括一水硫酸锌、七水硫酸锌中的一种或者两种混合；硫酸锰溶液包括一水硫酸锰、七水硫酸锰中的一种或者两种混合；
进一步的，一水硫酸锌或者七水硫酸锌的浓度为0.5mol/L-2mol/L；一水硫酸锰或者七水硫酸锰的浓度为0.05mol/L-1mol/L；
导电剂包括导电炭黑、石墨粉、乙炔黑中的一种或者多种；
更进一步的技术方案是粘接剂包括CMC、PTFE、SBR、HPMC、PAA、PAANA、LA胶、PVA、PVC中的一种或者多种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、在二氧化锰正极板上紧贴设置聚烯烃类材料的隔膜，而在锌负极板上卷绕浆层纸，相比常规使用的玻璃纤维隔板，结构上更薄，增加了电池体积比能量和质量比能量，有利于提高电池循环寿命；
2、二氧化锰正极板和锌负极板的载体均采用了多孔的不锈钢，不锈钢具有耐酸性，能够适用于不同化学环境和发生不同反应的正负电极板上；
3、采用多孔的不锈钢作为载体，能够增大比表面积，利于电化学反应的进行。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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，并不用于限定本发明。
实施例1：一种可充电式密封锌离子电池，包括有二氧化锰正极板、锌负极板和电解质溶液，所述二氧化锰正极板包括有载体、活化二氧化锰、导电剂和粘接剂所述锌负极板包括有载体、活化锌粉、导电剂和粘接剂；所述二氧化锰正极板表面上还设有聚烯烃隔膜；所述锌负极板上卷绕有浆层纸；所述载体为多孔不锈钢。
在二氧化锰正极板上紧贴设置聚烯烃类材料的隔膜，而在锌负极板上卷绕浆层纸，相比常规使用的玻璃纤维隔板，结构上更薄，增加了电池体积比能量和质量比能量，有利于提高电池循环寿命；二氧化锰正极板和锌负极板的载体均采用了多孔的不锈钢，不锈钢具有耐酸性，能够适用于不同化学环境和发生不同反应的正负电极板上；采用多孔的不锈钢作为载体，能够增大比表面积，利于电化学反应的进行。由于电池的正极和负极发生的是两种完全不同的反应，且化学环境不同，常规使用的载体材质仅仅适用于正极或者负极，但多孔的不锈钢能够在正极和负极上均起到良好的效果。
所述载体为孔率为20%-90%的不锈钢网；所述载体厚度为0.01mm-0.1mm；孔率的选择需要在合适的范围内，孔率太小不利于反应的进行，孔率太大影响载体的机械强度。
所述可充电式密封锌离子电池的制备方法包括有以下步骤：
1）将活化二氧化锰、导电剂和粘接剂混合搅拌均匀后，经过拉浆、烘干、压片和切片制成二氧化锰正极板；
2）将活化锌粉、导电剂、和粘接剂混合搅拌均匀后，经过拉浆、烘干、压片和切片支撑锌负极板；
3）用硫酸锌或者硫酸锰溶液，配置电解质溶液；
4）将配置好的电解质溶液加入到经过隔膜卷绕、极组入壳、滚槽制得的电池中，再进行密封涂胶、电焊盖帽、封口制得可充电式密封锌离子电池。
采用拉浆技术，将混合均匀的活化二氧化锰、导电剂和粘接剂粘接附着在载体上，有利于提高导电剂和活化成份的附着效率，且加工过程绿色环保。
步骤1）中活化二氧化锰为经过电解或者经过化学处理的活化二氧化锰；活化二氧化锰的粒径分布在800目-1000目；
步骤2）中活化锌粉为经过电解或者经过化学处理的活化锌粉；活化锌粉的粒径分布在300目-800目；
步骤3）中硫酸锌溶液包括一水硫酸锌、七水硫酸锌中的一种或者两种混合；硫酸锰溶液包括一水硫酸锰、七水硫酸锰中的一种或者两种混合；
一水硫酸锌或者七水硫酸锌的浓度为0.5mol/L-2mol/L；一水硫酸锰或者七水硫酸锰的浓度为0.05mol/L-1mol/L；
导电剂包括导电炭黑、石墨粉、乙炔黑中的一种或者多种；
粘接剂包括CMC、PTFE、SBR、HPMC、PAA、PAANA、LA胶、PVA、PVC中的一种或者多种。
实施例2：一种可充电式密封锌离子电池，包括有二氧化锰正极板、锌负极板和电解质溶液，所述二氧化锰正极板包括有载体、活化二氧化锰、导电剂和粘接剂所述锌负极板包括有载体、活化锌粉、导电剂和粘接剂；所述二氧化锰正极板表面上还设有聚烯烃隔膜；所述锌负极板上卷绕有浆层纸；所述载体为多孔不锈钢。
在二氧化锰正极板上紧贴设置聚烯烃类材料的隔膜，而在锌负极板上卷绕浆层至，相比常规使用的玻璃纤维隔板，结构上更薄，增加了电池体积比能量和质量比能量，有利于提高电池循环寿命；二氧化锰正极板和锌负极板的载体均采用了多孔的不锈钢，不锈钢具有耐酸性，能够适用于不同化学环境和发生不同反应的正负电极板上；采用多孔的不锈钢作为载体，能够增大比表面积，利于电解反应的进行。由于电池的正极和负极发生的是两种完全不同的反应，且化学环境不同，常规使用的载体材质仅仅适用于正极或者负极，但多孔的不锈钢能够在正极和负极上均起到良好的效果。
所述载体的孔率为75%；所述载体的厚度为0.05mm；孔率的选择需要在合适的范围内，孔率太小不利于反应的进行，孔率太大影响载体的机械强度。
所述可充电式密封锌离子电池的制备方法包括有以下步骤：
1）将活化二氧化锰、导电剂和粘接剂混合搅拌均匀后，经过拉浆、烘干、压片和切片制成二氧化锰正极板；
2）将活化锌粉、导电剂、和粘接剂混合搅拌均匀后，经过拉浆、烘干、压片和切片支撑锌负极板；
3）用硫酸锌或者硫酸锰溶液，配置电解质溶液；
4）将配置好的电解质溶液加入到经过隔膜卷绕、极组入壳、滚槽制得的电池中，再进行密封涂胶、电焊盖帽、封口制得可充电式密封锌离子电池；
制得的二氧化锰正极板的尺寸为40mm×80mm×0.5mm（长×宽×厚）；锌负极板的尺寸为40mm×90mm×0.3mm（长×宽×厚）；聚烯烃隔膜为PP隔膜，且尺寸为45mm×18mm×0.12mm；浆层纸的尺寸为45mm×18mm×0.12mm；不锈钢壳的尺寸为12.9mm×49mm（内径×高）。
步骤1）中活化二氧化锰为经过电解或者经过化学处理的活化二氧化锰；活化二氧化锰的粒径分布在800目-1000目；
步骤2）中活化锌粉为经过电解或者经过化学处理的活化锌粉；活化锌粉的粒径分布在300目-800目；
步骤3）中电解质溶液为一水硫酸锌1.5mol加一水硫酸锰0.25mol制备得到的2.35g混合液。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (10)

1.一种可充电式密封锌离子电池，包括有二氧化锰正极板、锌负极板和电解质溶液，其特征在于：所述二氧化锰正极板包括有载体、活化二氧化锰、导电剂和粘接剂所述锌负极板包括有载体、活化锌粉、导电剂和粘接剂；所述二氧化锰正极板表面上还设有聚烯烃隔膜；所述锌负极板上卷绕有浆层纸；所述载体为多孔不锈钢。
2.根据权利要求1所述的一种可充电式密封锌离子电池，其特征在于：所述载体为孔率为20%-90%的不锈钢网；所述载体厚度为0.01mm-0.1mm。
3.根据权利要求2所述的一种可充电式密封锌离子电池，其特征在于：所述载体的孔率为75%；所述载体的厚度为0.05mm。
4.根据权利要求1所述的一种可充电式密封锌离子电池，其特征在于：所述可充电式密封锌离子电池的制备方法包括有以下步骤：
1）将活化二氧化锰、导电剂和粘接剂混合搅拌均匀后，经过拉浆、烘干、压片和切片制成二氧化锰正极板；
2）将活化锌粉、导电剂、和粘接剂混合搅拌均匀后，经过拉浆、烘干、压片和切片支撑锌负极板；
3）用硫酸锌或者硫酸锰溶液，配置电解质溶液；
4）将配置好的电解质溶液加入到经过隔膜卷绕、极组入壳、滚槽制得的电池中，再进行密封涂胶、电焊盖帽、封口制得可充电式密封锌离子电池。
5.根据权利要求4所述的一种可充电式密封锌离子电池，其特征在于：步骤1）中活化二氧化锰为经过电解或者经过化学处理的活化二氧化锰；活化二氧化锰的粒径分布在800目-1000目。
6.根据权利要求4所述的一种可充电式密封锌离子电池，其特征在于：步骤2）中活化锌粉为经过电解或者经过化学处理的活化锌粉；活化锌粉的粒径分布在300目-800目。
7.根据权利要求4所述的一种可充电式密封锌离子电池，其特征在于：步骤3）中硫酸锌溶液包括一水硫酸锌、七水硫酸锌中的一种或者两种混合；硫酸锰溶液包括一水硫酸锰、七水硫酸锰中的一种或者两种混合。
8.根据权利要求7所述的一种可充电式密封锌离子电池，其特征在于：一水硫酸锌或者七水硫酸锌的浓度为0.5mol/L-2mol/L；一水硫酸锰或者七水硫酸锰的浓度为0.05mol/L-1mol/L。
9.根据权利要求1所述的一种可充电式密封锌离子电池，其特征在于：导电剂包括导电炭黑、石墨粉、乙炔黑中的一种或者多种。
10.根据权利要求1所述的一种可充电式密封锌离子电池，其特征在于：粘接剂包括CMC、PTFE、SBR、HPMC、PAA、PAANA、LA胶、PVA、PVC中的一种或者多种。
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