電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電池領(lǐng)域，具體涉及一種基于內(nèi)部離子交換的電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 鉛酸電池，其出現(xiàn)已超百年，擁有著成熟的電池技術(shù)，占據(jù)著汽車啟動電瓶、電動 自行車、UPS等儲能領(lǐng)域的絕對市場份額。鉛酸電池雖然循環(huán)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(yōu)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(lǐng)域取代鉛酸電池。
[0003] 新出現(xiàn)了一種基于內(nèi)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(yīng)，負(fù)極基于第二金屬離子的沉積-溶解反應(yīng)，電解液含參與正極脫 出-嵌入反應(yīng)的第一金屬離子和參與負(fù)極沉積-溶解反應(yīng)的第二金屬離子。該類型電池的 理論能量密度為160Wh/Kg，預(yù)計實際能量密度可達(dá)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(yè)價值。
[0004] 但是，目前該類電池自放電問題較為嚴(yán)重，會導(dǎo)致電池電化學(xué)性能迅速惡化，限制 了該類電池的實際應(yīng)用，因此，亟待尋找一種新的離子交換電池，能夠改善電池的自放電問 題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種離子交換電池，能夠改善離子交換電池正極導(dǎo)電劑的腐 蝕問題，從而進(jìn)一步改善電池的自放電問題。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：一種電池，包括正極、負(fù)極以及 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(zhì)；所述電解液包 括至少一種能夠溶解電解質(zhì)并使所述電解質(zhì)電離的溶劑；所述電解質(zhì)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(fù)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；所述正極還包括正極改性劑，所述正極改 性劑包括聚乙二醇、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺、纖維素、纖維素醚及其可溶性鹽和明膠中的 至少一種。
[0007] 優(yōu)選的，所述正極改性劑還包括丁苯橡膠及其衍生物、聚四氟乙烯和聚環(huán)氧乙烷 中的至少一種。
[0008] 優(yōu)選的，所述正極改性劑的添加方式為將壓制成型的正極浸泡在含有所述正極改 性劑的溶液、或?qū)⒄龢O活性物質(zhì)浸漬在含有所述正極改性劑的溶液、或在制備正極漿料時 加入所述正極改性劑。
[0009] 優(yōu)選的，所述正極改性劑占所述正極的質(zhì)量百分含量為0. 01-5%。
[0010] 優(yōu)選的，所述正極改性劑的平均分子量為2X 102-2X 106。
[0011] 優(yōu)選的，所述電解液的PH值為3-7。
[0012] 優(yōu)選的，所述溶劑為水或醇。
[0013] 優(yōu)選的，所述電解質(zhì)中的陰離子包括硫酸根離子、氯離子、醋酸根離子、甲酸根離 子、磷酸根離子或烷基磺酸根離子中一種或幾種。
[0014] 優(yōu)選的，所述第一金屬離子選自鋰離子、鈉離子、鎂離子或鋅離子。
[0015] 優(yōu)選的，所述第二金屬離子為錳離子、鐵離子、銅離子、鋅離子、鉻離子、鎳離子、錫 離子或鉛離子。
[0016] 優(yōu)選的，所述正極活性物質(zhì)選自LiMn204、LiFePO 4或LiCoO2中一種或幾種。
[0017] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供的技術(shù)方案為：一種電池，包括正極、負(fù)極以 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(zhì)；所述電解液 包括至少一種能夠溶解電解質(zhì)并使所述電解質(zhì)電離的溶劑；所述電解質(zhì)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(fù)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；所述正極還包括正極改性劑，所述正極 改性劑包括丁苯橡膠及其衍生物、聚四氟乙烯和聚環(huán)氧乙烷中的至少一種，所述正極改性 劑的添加方式為將壓制成型的正極浸泡在含有所述正極改性劑的溶液，或?qū)⒄龢O活性物質(zhì) 浸漬在含有所述正極改性劑的溶液。
[0018] 優(yōu)選的，所述正極改性劑占所述正極的質(zhì)量百分含量為0. 01-5%。
[0019] 優(yōu)選的，所述正極改性劑的平均分子量為2X 102-2X 106。
[0020] 優(yōu)選的，所述電解液的pH值為3-7。
[0021] 優(yōu)選的，所述溶劑為水或醇。
[0022] 優(yōu)選的，所述電解質(zhì)中的陰離子包括硫酸根離子、氯離子、醋酸根離子、甲酸根離 子、磷酸根離子或烷基磺酸根離子中一種或幾種。
[0023] 優(yōu)選的，所述第一金屬離子選自鋰離子、鈉離子、鎂離子或鋅離子。
[0024] 優(yōu)選的，所述第二金屬離子為錳離子、鐵離子、銅離子、鋅離子、鉻離子、鎳離子、錫 離子或鉛離子。
[0025] 優(yōu)選的，所述正極活性物質(zhì)選自LiMn2Ozp LiFePO4或LiCoO2中一種或幾種。
[0026] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明電池正極中添加了正極改性劑，有效的減少正極在充放 電過程中的膨脹，降低電池在浮充時的浮充電流，延長正極浮充壽命。
【具體實施方式】
[0027] 為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合 實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋 本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0028] 實施方式一
[0029] 本發(fā)明提供一種電池，包括正極、負(fù)極以及電解液，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(zhì)；電解液包括至少一種能夠溶解電解質(zhì)并使電解質(zhì)電離的溶 劑；電解質(zhì)包括第一金屬離子和第二金屬離子，第二金屬離子在充電過程中在負(fù)極還原沉 積為第二金屬，第二金屬在放電過程中氧化溶解為第二金屬離子；正極還包括正極改性劑， 正極改性劑包括聚乙二醇、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺、纖維素、纖維素醚及其可溶性鹽和明 膠中的至少一種。
[0030] 優(yōu)選的，正極改性劑為混合物，正極改性劑包括聚乙二醇、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酰 胺、纖維素、纖維素醚及其可溶性鹽、明膠中的至少一種，和丁苯橡膠及其衍生物、聚四氟乙 烯、聚環(huán)氧乙烷中的至少一種。本發(fā)明電池的充放電原理為：充電時，正極活性物質(zhì)脫出第 一金屬離子，同時伴隨正極活性物質(zhì)被氧化，并放出電子；電子經(jīng)由外電路到達(dá)電池負(fù)極， 同時電解液中的第二金屬離子在負(fù)極上得到電子被還原，并沉積在負(fù)極上。放電時，沉積在 負(fù)極上的第二金屬被氧化，失去電子轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙饘匐x子進(jìn)入電解液中；電子經(jīng)外電路到 達(dá)正極，正極活性物質(zhì)接受電子被還原，同時第一金屬離子嵌入正極活性物質(zhì)中。
[0031] 正極改性劑的目的是減少電池正極自放電，降低浮充電流，提高電池浮充壽命。
[0032] 優(yōu)選的，正極改性劑占正極的質(zhì)量百分含量為0. 01-5%。
[0033] 優(yōu)選的，所述正極改性劑的平均分子量為2X 102-2X 106。
[0034] 其中，丁苯橡膠衍生物包括粉末丁苯橡膠（PSBR)。
[0035] 明膠一般由動物的骨或皮中所含的膠原經(jīng)部分水解制得。優(yōu)選的，明膠的平均分 子量為 2 X IO3-L 5 X 105。
[0036] 優(yōu)選的，纖維素的平均分子量為5X 105-2X 106。
[0037] 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。
[0038] 優(yōu)選的，纖維素醚選自羧甲基纖維素（CMC)。