CN205388996U - 一种可充式锌锰离子电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种可充式锌锰离子电池，可充式锌锰离子电池是由2～20节电池单体串联而成的电池组，电池单体包括电池壳体、设置在电池壳体内的正极、设置在电池壳体内的负极、设置在电池壳体内的第二隔膜、设置在电池壳体内的第一隔膜、添加于电池壳体内的电解液、设置在电池壳体上用于向电池壳体内注入电解液和排出电池壳体内的气体的盖体，正极与负极通过第二隔膜相隔，第一隔膜置于负极的内侧，盖体位于电池壳体的顶部且位于正极与负极之间。本实用新型通过增加第二隔膜，使得电池在循环充放电的过程中不易短路；并且具有容量高、成本低、可快速充放电、环境友好等特点，可应用于消费电子、电动车、通讯、航空航天和军事等领域。
Description
技术领域
本实用新型属于二次电池领域，具体涉及一种可充式锌锰离子电池。
背景技术
当今社会，化石能源供应不足已成为全球经济发展的瓶颈。同时，使用化石能源造成的环境污染也日趋严重，积极开发利用可再生新能源和规模蓄电技术，构建智能电网，减少人类对化石能源的依赖；发展电动车，减轻城市空气的污染，缓解温室效应，已成为业界和科技界的共识。基于电池的化学蓄电技术是实现可再生能源发电和发展电动车的前提和基础，其需求迫切。现有的化学储能电池主要有铅酸电池、镍氢电池、液流电池和有机介质的锂离子电池等。但用于规模储能，至今没有一种储能体系能完全满足储能的要求。铅酸电池比能量较低，寿命较短，并含有毒元素。镍氢电池和液流电池价贵，竞争力提高空间有限。有机介质的小容量锂离子电池虽已具备良好的产业化基础，但用于规模化储能，因安全性和成本居高不下的问题，限制了大型有机锂离子电池在储能中的应用。
近年来，安全、价廉的水系锂离子电池倍受关注，其电极材料一般结合水系电解质的特点对有机锂离子电池材料加以引入和改进。基于此，复旦大学的吴宇平和夏永姚课题组等提出了多种水系锂离子电池体系。王高军等以嵌锂化合物为正极，掺杂和脱掺杂的高分子等聚合物为负极，电解液为含锂离子的水溶液，申请了一种水溶液可充锂电池专利(CN101262056A）。
与水系锂离子电池正极材料相比，负极材料容量衰减快，稳定性更难以保证。改变负极为Li2FeSiO4及其掺杂和包覆修饰物，郑州大学的陈卫华等申请了水系可充放锂离子的电极材料及水溶液可充放锂离子电池。复旦大学的夏永姚等围绕着核壳结构的LiTi2(PO4)3负极材料，申请了一种水系可充锂或钠离子电池(CN101154745A)。但负极稳定性的难题仍无法解决，为此，夏永姚课题组利用活性炭长寿命和高功率的特性，作为负极与基于锂离子脱嵌机理的嵌锂化合物锂离子电池(CN102055029A)，此混合型电容器没有明显的充放电平台，呈典型的电容特征，基于电极材料计算比能量也仅有35Wh/g。可见，可再生能源和电动车对电池在寿命、安全性、成本、环保、比能量和比功率等性能要求高，现有电池技术难于完全满足，需要发展符合其要求的电池新技术。
自2009年开始，清华大学的康飞宇等提出了一种水系可充的锌离子电池，申请了专利CN101783419A。该电池以锰的氧化物为正极活性材料，以锌为负极活性材料，以含锌离子的水溶液为电解液，这种电池具有廉价、环保的特点，但其容量较低，仅200~300mAhg-1。同时，改进正/负极又申请了系列专利。专利CN102013526A中，正极采用了掺杂金属元素的二氧化锰材料。专利CN102097662A中，二氧化锰正极材料中添加了一定量的TiO2或钛酸盐。专利CN102324579A中，锌负极中添加了多孔碳材料，在充放电过程中锌离子优先沉积在多孔碳内部的孔里而非锌粉颗粒或锌片的表面，从而抑制锌枝晶和碱性硫酸锌沉淀的形成，改进锌离子电池的循环性能。以上专利都未从根本上解决其容量低的问题。该课题组于2014年，申请了一种锌离子可充电电池及其制造方法(CN104272523A)，该专利正极比容量高于1000mAh/g，正极活性材料采用碳载二氧化锰复合材料，且所述碳载二氧化锰是指在碳材料载体的表面上附着二氧化锰的材料，从而提高了材料的大电流特性，进而提高了电池的循环寿命；电解液中除含有锌离子外，还增加了锰离子，申请人认为电解液中增加的二价锰离子与碳载二氧化锰复合材料协同反应，增加了电池的容量。此外，该课题组认为二氧化锰(简写为MnO2)具有大尺寸的开放式结构，隧道中的阳离子(如锌离子、锰离子等）可以和水溶液中的阳离子进行交换，在离子交换过程中，这些隧道结构可保持稳定和获得较高的比容量。
但是，现有技术中的电池通常只有一个位于正极与负极之间的隔膜，从而导致基于锌负极的电池循环充放电过程中因锌枝晶刺破隔膜而易发生短路，为此，本发明提出除正、负极之间的隔膜外，在负极内侧附着可有效阻挡锌枝晶的隔膜。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种不易发生短路的可充式锌锰离子电池。
未为解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
一种可充式锌锰离子电池，所述的可充式锌锰离子电池是由2～20节电池单体串联而成的电池组，所述的电池单体包括电池壳体、设置在所述的电池壳体内的正极、设置在所述的电池壳体内的负极、设置在所述的电池壳体内的第二隔膜、设置在所述的电池壳体内的第一隔膜、添加于所述的电池壳体内的电解液、设置在所述的电池壳体上用于向所述的电池壳体内注入所述的电解液和排出所述的电池壳体内的气体的盖体，所述的正极与所述的负极通过所述的第二隔膜相隔，第一隔膜置于所述负极的内侧，所述的盖体位于所述的电池壳体的顶部且位于所述的正极与所述的负极之间。
具体地，所述的电池单体的形状为卷绕式圆筒型、叠层式方型或纽扣型。
具体地，所述的电池壳体的材质为有机塑料、金属材料或金属有机复合材料。
具体地，所述的第一隔膜和所述的第二隔膜独立地选自聚氯乙烯、聚氧乙烯、聚丙烯、聚乙烯、尼龙、玻璃纤维、无规则共聚物树脂纤维无纺布、氢氧化铈无机膜、含ZrO2的石棉膜聚丙烯辐射接枝膜、无纺尼龙布或无纺聚乙烯纤维膜。
具体地，所述的正极包括正极集流体、形成在所述的正极集流体上的正极膜。
进一步具体地，所述的正极集流体为钛网、覆碳钛网、不锈钢网、覆碳不锈钢网、覆导电塑料不锈钢网、冲孔不锈钢箔或切拉钛网。
具体地，所述的负极包括负极集流体、形成在所述的负极集流体上的负极膜。
进一步具体地，所述的负极集流体为不锈钢网、冲孔不锈钢箔、镀锡不锈钢网、镀锡冲孔不锈钢箔、镀锡锌合金不锈钢网或镀锡锌合金冲孔不锈钢箔。
具体地，所述的电解液为具有离子导电性的液态或凝胶态。
具体地，所述的电解液的pH值为3~9。
由于采用上述技术方案，本实用新型与现有技术相比具有如下优势：
本实用新型通过增加第二隔膜，使得电池在循环充放电的过程中不易短路；并且本实用新型的电池具有容量高、成本低、可快速充放电、环境友好等特点，可应用于消费电子、电动车、通讯、航空航天和军事等领域。
附图说明
图1为可充式锌锰离子电池组及其电池单体的平面结构示意图；其中，1、第一隔膜；2、电解液；3、正极；4、盖体，5、负极；6、电池壳体；7、电池单体；8、电池组；9、第二隔膜；10、正极集流体；11、负极集流体。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明中的可充式锌锰离子电池作进一步详细完整地说明。本发明中涉及的内、外、顶部等方位词是以附图1的方位作定义，其中内是指朝向电池单体的内部，外是指朝向电池壳体。
如附图1所示，一种可充式锌锰离子电池是由2～20节电池单体7串联而成的电池组8，电池单体7包括电池壳体6、设置在电池壳体6内的正极3、设置在电池壳体6内的负极5、设置在电池壳体6内的第二隔膜9、设置在电池壳体6内的第一隔膜1、添加于电池壳体6内的电解液2、设置在电池壳体6上用于向电池壳体6内注入电解液2和排出电池壳体6内的气体的盖体4，正极3与负极5通过第二隔膜9相隔，负极5的内侧与第一隔膜1相连，盖体4位于电池壳体6的顶部且位于正极3与负极5之间。
电池单体7的形状为卷绕式圆筒型、叠层式方型或纽扣型。电池壳体6的材质为有机塑料、金属材料或金属有机复合材料。
第一隔膜1和第二隔膜9独立地选自聚氯乙烯、聚氧乙烯、聚丙烯、聚乙烯、尼龙、玻璃纤维、无规则共聚物树脂纤维无纺布、氢氧化铈无机膜、含ZrO2的石棉膜聚丙烯辐射接枝膜、无纺尼龙布、无纺聚乙烯纤维膜或它们的复合材料。
正极3包括正极集流体10、形成在正极集流体10上的正极膜。正极集流体10为钛网、覆碳钛网、不锈钢网、覆碳不锈钢网、覆导电塑料不锈钢网、冲孔不锈钢箔或切拉钛网。
负极5包括负极集流体11、形成在负极集流体11上的负极膜。负极集流体11为不锈钢网、冲孔不锈钢箔、镀锡不锈钢网、镀锡冲孔不锈钢箔、镀锡锌合金不锈钢网或镀锡锌合金冲孔不锈钢箔。
电解液2为具有离子导电性的液态或凝胶态。电解液2的pH值为3~9。
以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本实用新型的内容并加以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.一种可充式锌锰离子电池，其特征在于：所述的可充式锌锰离子电池是由2～20节电池单体（7）串联而成的电池组（8），所述的电池单体（7）包括电池壳体（6）、设置在所述的电池壳体（6）内的正极（3）、设置在所述的电池壳体（6）内的负极（5）、设置在所述的电池壳体（6）内的第二隔膜（9）、设置在所述的电池壳体（6）内的第一隔膜（1）、添加于所述的电池壳体（6）内的电解液（2）、设置在所述的电池壳体（6）上用于向所述的电池壳体（6）内注入所述的电解液（2）和排出所述的电池壳体（6）内的气体的盖体（4），所述的正极（3）与所述的负极（5）通过所述的第二隔膜（9）相隔，第一隔膜（1）置于所述的负极（5）的内侧，所述的盖体（4）位于所述的电池壳体（6）的顶部且位于所述的正极（3）与所述的负极（5）之间。
2.根据权利要求1所述的可充式锌锰离子电池，其特征在于：所述的电池单体（7）的形状为卷绕式圆筒型、叠层式方型或纽扣型。
3.根据权利要求1所述的可充式锌锰离子电池，其特征在于：所述的电池壳体（6）的材质为有机塑料、金属材料或金属有机复合材料。
4.根据权利要求1所述的可充式锌锰离子电池，其特征在于：所述的第一隔膜（1）和所述的第二隔膜（9）独立地选自聚氯乙烯、聚氧乙烯、聚丙烯、聚乙烯、尼龙、玻璃纤维、无规则共聚物树脂纤维无纺布、氢氧化铈无机膜、无纺尼龙布或无纺聚乙烯纤维膜。
5.根据权利要求1所述的可充式锌锰离子电池，其特征在于：所述的正极（3）包括正极集流体（10）、形成在所述的正极集流体（10）上的正极膜。
6.根据权利要求5所述的可充式锌锰离子电池，其特征在于：所述的正极集流体（10）为钛网、覆碳钛网、不锈钢网、覆碳不锈钢网、覆导电塑料不锈钢网、冲孔不锈钢箔或切拉钛网。
7.根据权利要求1所述的可充式锌锰离子电池，其特征在于：所述的负极（5）包括负极集流体(11)、形成在所述的负极集流体(11)上的负极膜。
8.根据权利要求7所述的可充式锌锰离子电池，其特征在于：所述的负极集流体(11)为不锈钢网、冲孔不锈钢箔、镀锡不锈钢网、镀锡冲孔不锈钢箔、镀锡锌合金不锈钢网或镀锡锌合金冲孔不锈钢箔。
9.根据权利要求1所述的可充式锌锰离子电池，其特征在于：所述的电解液（2）为具有离子导电性的液态或凝胶态。
10.根据权利要求1所述的可充式锌锰离子电池，其特征在于：所述的电解液（2）的pH值为3~9。
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| CN201620123133.2U CN205388996U (zh) | 2016-02-17 | 2016-02-17 | 一种可充式锌锰离子电池 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN114094210A (zh) * | 2021-10-19 | 2022-02-25 | 陈璞 | 三维结构正极和水系锌锰电池 |
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2016
- 2016-02-17 CN CN201620123133.2U patent/CN205388996U/zh active Active
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