CN204741043U - 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，该电极包括金属箔集流体层和二氧化锰活性层，所述金属箔集流体层和所述二氧化锰活性层之间设置有导电层。进一步把该电极作为正极，含锌离子的水溶液为电解质，锌作为负极，组装成一种可充电的电池。由于正极电极中在金属箔集流体和二氧化锰活性层中间附着了导电层，导电层改善了二氧化锰活性层与集流体的粘结性以及增加二氧化锰活性层的导电性，因此可改善整个电池的内阻和大电流放电特性。
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。但是因为二氧化锰的导电性较差(10-6S/cm)，属于半导体，因此其大倍率性能受限于其导电性能。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，因此二氧化锰低导电性容易造成电极导电性差，大电池倍率发挥不好等问题。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种锌离子电极和基于其的锌离子可充电电池，以解决现有可充电锌离子电池存在的上述技术问题。
本发明主要创新在于：在正极中通过在二氧化锰活性层和集流体中间增加导电层，来改善二氧化锰活性层和集流体层之间的接触以及改善活性层的导电性。通过增加导电层，可以把电极电导率从10-5S/cm提高到10-3S/cm以上，由于极片导电性增加增加了电池大电流性能。
一种锌离子电池电极的结构，该电极包括金属箔集流体层和二氧化锰活性层，其特征是：所述金属箔集流体层和所述二氧化锰活性层之间设置有导电层。
优选地，所述二氧化锰活性层由可容纳锌离子嵌入和脱出的二氧化锰、碳材料或者粘结剂构成。
导电层中有导电材料，其起导电作用，所述导电材料优选金属颗粒、碳材料、导电陶瓷或导电塑料。
所述碳材料优选炭黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯、多孔碳、泡沫碳、富勒 烯或石墨。
所述金属箔可为铜箔、铝箔、不锈钢箔、钛箔或镍箔。
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为一些实施例锌离子电池电极的结构示意图；
图2为另一些实施例锌离子电池电极的结构示意图；
图3为实施例1制得的电池B1和B2在不同C倍率(CR)的倍率性能比较图。
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中示出了一些实施例锌离子电池电极的结构。其中1为二氧化锰活性层，2为导电层，3为金属集流体层。可以看出，在这些实施例中，仅在金属集流体层3的单面附着导电层2和二氧化锰活性层1。
图2中示出了另一些实施例锌离子电池电极的结构。其中1为二氧化锰活性层，2为导电层，3为金属集流体层。可以看出，在该另一些实施例中，在金属集流体层3的双面均附着导电层2和二氧化锰活性层1。
实施例1：
用不锈钢箔作为集流体，把炭黑和粘结剂PVDF按照4：6比例涂覆于不锈钢箔上作为导电层，把二氧化锰、碳和粘结剂按照：90：5：5涂覆于导电层上作为电极1，为了对比导电层的作用，现制造无导电层的电极2，制造过程如下把把二氧化锰、碳和粘结剂按照：90：5：5涂覆于集流体上作为电极2。电极1的膜片电导率测试结果为8.3×10-3S/cm，而电极2膜片的电导率仅为2.3×10-5S/cm。
实施例2：
用不锈钢箔作为集流体，把导电聚合物聚苯胺涂覆于集流体作为导电层，把二氧化锰、石墨烯、炭黑和粘结剂按照：80：10：5：5涂覆于导电层上作为电极3，电极3的膜片电导率测试结果为6.7×10-2S/cm，而无导电层电极膜片的电导率仅为4.2×10-3S/cm。
实施例3：
用不锈钢箔作为集流体，把纳米碳管沉积于集流体作为导电层，把二氧化锰、纳米碳纤维、炭黑和粘结剂按照：80：10：5：5涂覆于导电层上作为电极4，电极4的膜片电导率测试结果为1.1×10-1S/cm。
实施例4
用金属钛箔作为集流体，把ITO薄膜沉积于钛箔上作为导电层，把二氧化锰、碳和粘结剂按照：90：5：5涂覆于导电层上作为电极5，，电极4的膜片电导率测试结果为3.4×10-3S/cm。
实施例5
把电极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，把电极2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和电池2的倍率性能如图3所示。
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 (6)
1.一种锌离子电池电极，该电极包括金属箔集流体层和二氧化锰活性层，其特征是：所述金属箔集流体层和所述二氧化锰活性层之间设置有导电层。
2.如权利要求1所述的锌离子电池电极，其特征是：所述二氧化锰活性层由可容纳锌离子嵌入和脱出的二氧化锰、碳材料或者粘结剂构成。
3.如权利要求1所述的锌离子电池电极，其特征是：所述导电层中有导电材料，所述导电材料包括金属颗粒、碳材料、导电陶瓷或导电塑料。
4.如权利要求2或3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、石墨烯、多孔碳、泡沫碳、富勒烯或石墨。
5.如权利要求1所述的锌离子电池电极，其特征在于：所述金属箔为铜箔、铝箔、不锈钢箔、钛箔或镍箔。
6.一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1-5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 (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN110190344A (zh) * | 2019-06-13 | 2019-08-30 | 深圳市寒暑科技新能源有限公司 | 一种柔性水系锌离子电池 |
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- 2015-03-24 CN CN201520165510.4U patent/CN204741043U/zh active Active
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