電池制造技術

本發明專利技術公開了一種電池。該電池包括正極、負極、及電解液，所述正極包括能夠可逆脫出-嵌入第一金屬離子的正極活性物質；所述電解液包括至少一種能夠溶解電解質并使所述電解質電離的溶劑；所述電解質包括第一金屬離子和第二金屬離子；所述第二金屬離子在充電過程中在所述負極還原沉積為第二金屬，所述第二金屬在放電過程中氧化溶解為第二金屬離子；所述電池還包括負極改性劑，所述負極改性劑選自明膠、瓊脂、纖維素、纖維素醚及其可溶性鹽、糊精和環糊精中的一種或幾種。本發明專利技術有效抑制了負極第二金屬的枝晶問題，增強了電池的安全性能。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于電池領域，具體涉及一種基于內部離子交換的電池。
技術介紹
鉛酸電池，其出現已超百年，擁有著成熟的電池技術，占據著汽車啟動電瓶、電動 自行車、UPS等儲能領域的絕對市場份額。鉛酸電池雖然循環使用壽命較低，能量密度也相 對較低，但卻擁有價格非常低廉，性價比非常高的優點。因此，近些年來，鎳氫電池、鋰離子 電池、鈉硫電池等，均無法在儲能領域取代鉛酸電池。新出現了一種基于內部離子交換的電池。該電池的工作原理為，正極基于第一金 屬離子的脫出-嵌入反應，負極基于第二金屬離子的沉積-溶解反應，電解液含參與正極脫 出-嵌入反應的第一金屬離子和參與負極沉積-溶解反應的第二金屬離子。該類型電池的 理論能量密度為160Wh/Kg，預計實際能量密度可達50~80Wh/Kg。綜上所述，該類型電池 非常有希望成為替代鉛酸電池的下一代儲能電池，具有極大的商業價值。但是，目前該電池在使用一段時間后，電池內部會產生枝晶，枝晶可能會引起電池 短路，導致電池使用存在安全隱患。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供一種能夠提升安全性能的離子交換電池。本專利技術提供了一種電池，包括正極、負極、及電解液，所述正極包括能夠可逆脫 出-嵌入第一金屬離子的正極活性物質；所述電解液包括至少一種能夠溶解電解質并使所 述電解質電離的溶劑；所述電解質包括第一金屬離子和第二金屬離子；所述第二金屬離子 在充電過程中在所述負極還原沉積為第二金屬，所述第二金屬在放電過程中氧化溶解為第 二金屬離子；所述電池還包括負極改性劑，所述負極改性劑選自明膠、瓊脂、纖維素、纖維素 醚及其可溶性鹽、糊精和環糊精中的一種或幾種。優選地，所述環糊精選自a-環糊精、0 -環糊精和Y -環糊精中的一種或幾種； 所述纖維素醚選自羧甲基纖維素或羥丙基甲基纖維素。優選地，所述負極改性劑的平均分子量為0.2萬~200萬。優選地，所述負極改性劑包含在負極的表面的涂覆層中。 優選地，所述涂覆層還包括第二金屬離子。 優選地，所述涂覆層的厚度為5~40ilm。 優選地，所述負極改性劑占電解液的質量百分含量為0. 01%~2%。優選地，所述電解質中的陰離子包括硫酸根離子、氯離子、醋酸根離子、硝酸根離 子和烷基磺酸根離子中的一種或幾種。優選地，所述烷基磺酸根離子為甲基磺酸根離子。優選地，所述電池還包括位于正極和負極之間的隔膜。優選地，所述隔膜為玻璃纖維隔膜。 優選地，所述第一金屬離子選自鋰離子、鈉離子或鎂離子。 優選地，所述第二金屬選自錳、鐵、銅、鋅、鉻、鎳、錫或鉛。 優選地，所述溶劑為水或醇。 與現有技術相比，本專利技術添加了負極改性劑，有效抑制了枝晶的產生，增強了電池 的安全性能；同時提高了電池的循環性能，也能有效抑制電解液與負極之間的副反應，避免 負極產生氣體?！揪唧w實施方式】 為了使本專利技術所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合 實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋 本專利技術，并不用于限定本專利技術。 一種電池，包括正極、負極、及電解液，所述正極包括能夠可逆脫出-嵌入第一金 屬離子的正極活性物質；所述電解液包括至少一種能夠溶解電解質并使所述電解質電離的 溶劑；所述電解質包括第一金屬離子和第二金屬離子；所述第二金屬離子在充電過程中在 所述負極還原沉積為第二金屬，所述第二金屬在放電過程中氧化溶解為第二金屬離子；所 述電池還包括負極改性劑，所述負極改性劑選自明膠、瓊脂、纖維素、纖維素醚及其可溶性 鹽、糊精和環糊精中的一種或幾種。 本專利技術電池的充放電原理為：充電時，正極活性物質脫出第一金屬離子，同時伴隨 正極活性物質被氧化，并放出電子；電子經由外電路到達電池負極，同時電解液中的第二金 屬離子在負極上得到電子被還原，并沉積在負極上。放電時，沉積在負極上的第二金屬被氧 化，失去電子轉變為第二金屬離子進入電解液中；電子經外電路到達正極，正極活性物質接 受電子被還原，同時第一金屬離子嵌入正極活性物質中。 負極改性劑的目的是改善第二金屬在負極上的沉積，抑制第二金屬枝晶的產生， 從而提高電池的安全性能。 優選地，所述負極改性劑的平均分子量為0. 2萬~200萬。 其中，明膠一般由動物的骨或皮中所含的膠原經部分水解制得。 優選地，本專利技術的明膠的平均分子量為0. 2萬~15萬。 其中，瓊脂是指由某些海藻加工制成的膠體物質，其主要成分為多聚半乳糖。 其中，纖維素是指300個以上的葡萄糖單位以0-1，4糖苷鍵相連形成的直鏈大分 子多糖，分子式為（C6H1(l05)n。本專利技術的纖維素包括但不限于a-纖維素、纖維素、纖 維素。 優選地，纖維素的平均分子量為50萬~200萬。 其中，纖維素醚及其可溶性鹽是指纖維素高分子中羥基的氫被烴基取代的衍生 物。例如甲基纖維素及其可溶性鹽、羥乙基甲基纖維素及其可溶性鹽、羧甲基纖維素及其 可溶性鹽、乙基纖維素及其可溶性鹽、芐基纖維素及其可溶性鹽、羥乙基纖維素及其可溶性 鹽、羥丙基甲基纖維素及其可溶性鹽、氰乙基纖維素及其可溶性鹽、芐基氰乙基纖維素及其 可溶性鹽、羧甲基羥乙基纖維素及其可溶性鹽、苯基纖維素及其可溶性鹽。 優選地，纖維素醚選自羧甲基纖維素(簡寫CMC)或羥丙基甲基纖維素(簡寫 HPMC)。 更優選地，羧甲基纖維素的取代度為0. 8~1. 1。 其中，糊精是指淀粉在酸、加熱或淀粉酶的作用下部分水解，得到比淀粉相對分子 質量小得多的糖。糊精包括但不限于白糊精、黃糊精或英國膠。 其中，環糊精是直鏈淀粉在環糊精葡萄糖基轉移酶作用下生成的一系列環狀低聚 糖的總稱，通常含有6~12個D-吡喃葡萄糖單元。例如a-環糊精（6個葡萄糖單元)、 環糊精（7個葡萄糖單元）及Y環糊精（8個葡萄糖單元)。 優選地，環糊精選自a-環糊精、0 -環糊精和Y環糊精中的一種或幾種。 在電池中，負極改性劑可以分散在所述電解液中，或者負極改性劑附在負極表面 上。 具體地，負極改性劑既可以作為電解液添加劑，加入電解液，分散在電解液中；亦 可以直接附于負極的表面上。當負極改性劑分散在電解液中時，根據負極改性劑的不同情況，形成的分散體系 可以形成溶液、或者膠體溶液。 優選地，負極改性劑占電解液的質量百分含量為0. 01%~2%。 負極改性劑分散在電解液，可以是直接向配成的電解質溶液中加入負極改性劑， 還可以將電解質與負極改性劑一起加入到溶劑中均勻分散，配置成電解液。 當負極改性劑附于負極的表面時，優選將負極改性劑涂覆在負極的表面形成涂覆 層，即負極改性劑包含在負極的表面的涂覆層中。具體涂覆方法，可以是將負極改性劑加入 分散劑中制成分散體系，將該分散體系直接涂覆在負極的表面，然后瞭干即可。 優選地，分散體系中負極改性劑的含量小于20wt%。這樣便于涂覆操作，以及提高 涂覆效果。 優選地，涂覆層的厚度為5~40i!m。這樣可以有效避免離子遷移效率的降低。 更優選地，所述涂覆層還包括第二金屬離子，即將負極改性劑和第二金屬離子的 鹽一起涂覆在負極的表面，具體為將負極改性劑和第二金屬離子的鹽一起分散于分散當前第1頁1 2 3 4 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電池，其特征在于，所述電池包括正極、負極、及電解液，所述正極包括能夠可逆脫出?嵌入第一金屬離子的正極活性物質；所述電解液包括至少一種能夠溶解電解質并使所述電解質電離的溶劑；所述電解質包括第一金屬離子和第二金屬離子；所述第二金屬離子在充電過程中在所述負極還原沉積為第二金屬，所述第二金屬在放電過程中氧化溶解為第二金屬離子；所述電池還包括負極改性劑，所述負極改性劑選自明膠、瓊脂、纖維素、纖維素醚及其可溶性鹽、糊精和環糊精中的一種或幾種。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉洋，陳璞，
申請(專利權)人：蘇州寶時得電動工具有限公司，陳璞，
類型：發明
國別省市：江蘇;32