CN204651389U - 一种锌离子电池电极及基于其的锌离子可充电电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种锌离子电池电极及基于其的锌离子可充电电池，所述电极由多孔金属和附着于该多孔金属的二氧化锰和碳材料构成。所述电池包括正极、锌负极和电解液，正极采用上述的锌离子电池电极，所述电解液包含有锌离子或者锌离子和二价锰离子。由于正极电极使用多孔金属降低了金属集流体用量，增加了活性材料的用量，从而使整个电极的容量得到增加，同时使用多孔金属有利于活性材料之间的结合，改善了电极的导电性，从而使电池性能得到提高。
Description
技术领域
本实用新型涉及二次电池领域，具体涉及一种锌离子电池电极和基于其的锌离子可充电电池。
背景技术
可充电锌离子电池是一种以锰的氧化物材料为正极活性材料，以锌为负极活性材料，以含锌离子的水溶液为电解液的可充电电池，这种电池具有廉价的特点。
锌离子电池储存电子的机理如下：
正极：
负极：
这种电池具有廉价的特点。前期专利揭示可充电锌离子电池全部都是把二氧化锰活性层直接涂覆于金属集流体之上，为了进一步增加整个电极的容量和电池的容量，可以通过降低金属集流体的用量也即增加二氧化锰和碳的活性物质的用量来提高整个电极的容量。
发明内容
本实用新型主要创新在于：在正极中使用多孔金属来降低金属集流体的用量，同时提高了二氧化锰和碳材料的活性材料的用量，来达到整个电池减重和增加容量的目的。
众所周知，电池中使用大量的金属集流体材料，金属集流体材料占据了一定的体 积和重量，为了不改变电池的体积而进一步提高电池的容量和降低电池的重量，使用多孔金属可以降低金属的用量和重量，节省一定的体积，而这部分体积可以用活性材料填充，因此使用多孔金属可以增加活性材料的用量从而增加电池容量，同时可以减低电池的重量，增加电池的重量能量密度。
因此本专利通过在正极中使用多孔金属来提高电池的容量和降低电池的重量。
具体技术方案如下：
一种锌离子电池电极，该电极由多孔金属、以及附着于该多孔金属的二氧化锰和碳材料构成。其制造方法是：先把二氧化锰和碳混合均匀，然后把由二氧化锰和碳材料组成的活性材料附着于多孔金属，通过一定压力压制成一体。
一种锌离子电池电极，所述二氧化锰由可容纳锌离子嵌入和脱出的锰的氧化物构成。
一种锌离子电池电极，所述碳材料是炭黑、碳纳米管、碳纤维粉末、石墨烯、多孔碳、泡沫碳、富勒烯、石墨片、石墨等。
一种锌离子电池电极，所述多孔金属可为铜、铝、不锈钢、钛、镍等材质的多孔状金属箔、金属网或者金属泡沫。所述金属网由该金属的丝编织而成，金属泡沫可通过不同工艺制成，例如泡沫镍等具有多孔的结构的金属。
一种锌离子电池电极，可在二氧化锰和碳材料组成的活性材料中加入一定量的粘结剂，增加活性材料和多孔金属的粘结性。
一种锌离子可充电电池的制造方法，其特征是，包括如下步骤：
制造所述的锌离子电池电极；
将锌负极、电解液和所述正极封装得到锌离子可充电电池。
一种锌离子可充电电池包括正极、锌负极和电解液，所述正极采用上述任意一项所述的锌离子电池电极，所述电解液包含有锌离子或者锌离子和二价锰离子。
经实验证明，本实施例电池的容量高和倍率性能好。同时这种可充电电池还具有容量高、安全、环保、成本低廉等特点。可以预见这种电池可广泛应用于消费电子、电动车、通讯、航空航天和军事等领域。
【附图说明】
图1为一实施例中锌离子电池电极的多孔金属的结构示意图；
图2为另一实施例中锌离子电池电极的多孔金属的结构示意图。
【具体实施方式】
以下对实用新型的较佳实施例作进一步详细说明。
图1中示出了一实施例中锌离子电池电极的多孔金属的结构，可以看出，该多孔金属为金属网。图1中示出了另一实施例中锌离子电池电极的多孔金属的结构，可以看出，该多孔金属为多孔状金属箔。
实施例1：
把二氧化锰、碳和粘结剂按照：90：5：5的比例分散于水中，调节成粘度为5000cps的浆料，把35微米厚的冲孔不锈钢箔浸渍于浆料中，通过提拉工艺把冲孔不锈钢箔提拉并在70℃下烘干，并在20 Mpa的压力下压实，即制得多孔电极1，电极二氧化锰载量为30mg/cm2，同时把该浆料涂覆于35微米厚的无孔不锈钢箔上，制得无孔电极1电极的二氧化锰载量为20mg/cm2，而35微米厚的无孔不锈钢箔的重量为28.7mg/cm2，而冲孔35微米厚的无孔不锈钢箔的重量为16.2mg/cm2。
把1cm2多孔电极1作为正极，以0.1mm厚的锌箔为负极，电解液为1mol L-1ZnSO4加0.5mol L-1MnSO4水溶液组装成电池，记为电池1，把1cm2无孔电极1作为正极，以0.1mm厚的锌箔为负极，电解液为1mol L-1ZnSO4加0.5mol L-1MnSO4水溶液组装成电池，记为电池2，电池1的容量为10.5mAh，而电池2的容量仅为7.0mAh。
实施例2：
把二氧化锰和碳纳米管按照99：1的比例通过机械分散混合，构成二氧化锰和碳混合的活性材料，把400微米厚的泡沫镍带通过二氧化锰和碳材料的活性材料粉末，把粉末填充于泡沫镍的孔中，通过冷压压制成220微米后的电极，即制成二氧化锰电极。
实施例3：
把二氧化锰、石墨烯和粘结剂按照：94：1：5的比例分散于水中，调节成粘度为5000cps的浆料，把100目的钛网浸渍于浆料中，通过提拉工艺把钛网提拉并在70℃下烘干，并在20Mpa的压力下压实，即制得多孔电极。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
Claims (5)
1.一种锌离子电池电极，其特征是：该电极由多孔金属、以及附着于该多孔金属的二氧化锰和碳材料构成。
2.如权利要求1所述的锌离子电池电极，其特征是：所述二氧化锰由可容纳锌离子嵌入和脱出的锰的氧化物构成。
3.如权利要求1所述的锌离子电池电极，其特征是：所述碳材料是炭黑、碳纳米管、碳纤维粉末、石墨烯、多孔碳、泡沫碳、富勒烯、或者石墨。
4.如权利要求1所述的锌离子电池电极，其特征是：所述多孔金属为铜、铝、不锈钢、钛、或者镍材质的多孔状金属箔、金属网或者金属泡沫。
5.一种锌离子可充电电池，包括正极、锌负极和电解液，其特征是：所述正极采用权利要求1至4中任意一项所述的锌离子电池电极，所述电解液包含有锌离子或者锌离子和二价锰离子。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN109494339A (zh) * | 2018-11-12 | 2019-03-19 | 北京理工大学 | 一种防止机械滥用引发热失控的电池 |
| CN110655114A (zh) * | 2019-10-09 | 2020-01-07 | 东北大学 | 一种提高锌离子电池电压方法 |
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