[实用新型]一种锌锂锰水体系二次电池

说明书

技术领域

本实用新型属于电化学工程与工业装置领域，特别涉及电池生产技术领域的一种锌锂锰水体系二次电池，该电池比能量高、成本低，具有工艺简单、成本低、污染少的特点，在电动工具、电动车、电网等储能方面有广阔的应用前景。

背景技术

人类社会迈入工业化以来，对煤和石油等矿物能源的需求巨大，随着煤和石油等不可再生能源的巨大消耗而资源日益缺乏。二氧化碳排放加剧的温室效应和日渐严重的空气、生态环境的污染已经对我们赖以生活的地球家园构成了较为严峻的威胁。当前我国能源供应日趋紧张，特别是电能。近年，在很多城市和地区出现了电力大面积紧张和拉闸限电现象，造成用电紧张的主要原因之一是我国经济的快速增长和能源供应的有限增长之间的矛盾。其中能源需求增长最多的是工业，尤其是电解铝、钢铁和有机电合成等高能耗行业。因此，节能节电任务十分紧迫，提高能源利用率、节能节电迫在眉睫。大力发展风能、太阳能等可再生能源是实现我国能源可持续发展的重要途径。可再生能源发电具有时差性和不稳定性，限制了其大规模并网利用。蓄电是解决可再生能源的不稳定性问题的一个有效方法，可实现可再生能源大规模应用。节电的关键一方面要避免电能的浪费和提高电能的利用效率，使电力供应系统的建设与运行和用电需求时刻相匹配。另一方面大力加强风能、太阳能等可再生能源的开发和利用。由于可再生能源发电受季节、日照强度和风力变化等因素的影响，呈现非稳态特征，因此，就必须开发高效、廉价、污染少和安全可靠的储能技术，该储能技术既包括长时间高容量的大规模储能，也包括暂态瞬时调节电能输出的储能技术。

化学蓄电池是电动工具、电动车、电网等储能的重要手段，是正在发展的储能技术，是智能电网、智能微网和能源互联网的关键技术之一。电池具有良好的电性能，且容易做到环保清洁无污染，因此竞争力很强，应用前景非常广阔。

锌基电池是化学蓄电池的重要分支，是化学电源的研发热点。锌的贮藏量丰富、价格便宜、比容量高，而且锌基电池的生产和使用不会对环境产生污染，是真正的绿色电池负极材料。由于具有这些优良特性，锌基电池，如锌镍二次电池、锌镍液流电池、锌溴电池等，备受研究者关注，成为储能电池的重要研发方向。

从电池成本上看，溴电极、镍电极成本仍较高，锌镍二次电池、锌镍液流电池、锌溴电池等与铅酸电池相比，成本仍高出很多。

水系锂离子电池使用水溶液电解液代替有机电解液，消除了有机锂离子电池固有的安全隐患，溶液成本也有望大幅降低。因此，水系锂离子电池已成为具有开发和应用潜力的新一代储能器件。其中，锰系材料，如LiMn₂O₄，结构最为稳定、资源丰富、环境友好、价格便宜，已成为水系锂离子电池最具吸引力的正极材料。

我们研究了富锂的氧化锰锂材料，有望成为水系电池高比容量的正极材料。鉴于以上工作，我们提出一种锌锂锰水体系二次电池，主体以锌负极、浸满中性电解液的隔膜、氧化锰锂正极构成，组成一个低成本、高比容量、环境友好的二次电池体系，有望在成本和性能两方面胜过现有铅酸电池。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种锌锂锰水体系二次电池，采以锌负极、浸满中性电解液的隔膜、氧化锰锂正极构成低成本、高比容量、环境友好的二次电池体系。

为解决上述技术问题，本实用新型采取如下技术方案：

一种锌锂锰水体系二次电池，包括具有开口的外壳、收纳于所述的外壳中的极芯、用于将所述的外壳的开口密封的气压阀、穿过所述的外壳的负极柱和正极柱，所述的极芯包括锌负极、负极耳、浸满中性电解液的隔膜、氧化锰锂正极、正极耳，所述的锌负极和所述的氧化锰锂正极之间由所述的隔膜分隔，所述的锌负极的集流体为镀锌锡合金的泡沫铜，所述的负极耳焊接在所述的锌负极的集流体和所述的负极柱上，所述的负极耳为镀锌锡合金的铜箔，所述的氧化锰锂正极的集流体为钛网，所述的正极耳焊接在所述的氧化锰锂正极的集流体和所述的正极柱上，所述的正极耳为钛箔。

具体地，所述的中性电解液为含锂离子和锌离子的中性水溶液。锂盐可以是硫酸锂、硝酸锂、四氟硼酸锂、甲基磺酸锂等；锌盐可以是硫酸锌、硝酸锌、四氟硼酸锌、甲基磺酸锌等。

具体地，所述的隔膜为聚氧乙烯膜、聚丙烯膜、聚乙烯膜、尼龙膜、玻璃纤维膜或石棉纸。

具体地，所述的氧化锰锂正极的活性物质为Li₂MnO₂。