[发明专利]锌锂锰水体系二次电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锌锂锰水体系二次电池及其制备方法，属于电化学领域，尤其是电池制造领域。

背景技术

随着能源和环境对人类越来越重要的影响，清洁型储能技术发展迅速，特别是电动汽车和储能电站的快速发展，带动了可充电电池技术快速进步，可充电池层出不穷。如锂离子电池、铅酸电池、镍氢电池、燃料电池、金属空气电池、锌锰电池、锂硫电池、钠硫电池等等。但受应用领域的技术要求、成熟度及成本等综合方面因素影响，目前电动汽车中主要使用锂离子电池，而储能电站中绝大部分使用铅酸电池。而锂离子电池由于采用有机电解液而存在安全性能差甚至爆炸的危险，同时生产要求高造成产品成本高；铅酸电池虽然安全性高且价格低但由于其使用铅材料对环境存在很大的污染隐患。因此开发一种安全性高、成本低、循环寿命长的电池很有必要。

锌基电池是化学蓄电池的重要分支。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。

中国专利申请CN105070901A(公开号)、CN204793097(授权号)公开了一种以富锂氧化锰正极材料、中性盐水系电解液、聚(氧、氯)烯烃或尼龙等微孔隔膜及锌负极构成的二次电池(锌锂锰二次电池)，该体系电池有望即能保证高能量密度又能保持安全和低成本。据上述锌锂锰二次电池专利申请人张家港智电芳华蓄电研究所有限公司首席科学家杨裕生院士在中国电池工业协会第七届会员代表大会上的公开发言所述，从目前的基础实验数据计算该电池体系可以做到60～80Wh/kg，约为铅酸电池的1.5倍，并且随着电池活性材料在电池中的总占比情况(如下表)的优化，该电池体系的能量密度有较大的提高空间，在动力和储能方面具有广阔的应用前景。

表1

序号填充比％比能量Wh/kg117.480221.9100326.3120435.0160

注：填充率是指电池中活性材料在整个电池中的重量百分比。

目前该电池体系虽已从基础研究方面证明了该电池体系的理论可行性，但是在实际电池生产中仍存在锌电极在电化学过程中的枝晶生长和金属负极的钝化等问题，造成该体系二次电池存在循环寿命短、自放电严重、循环容量衰退快等缺陷。

对于现有的锌负极的二次电池，本领域技术人员消除或改进上述缺陷的途径很多，比如在负极材料中添加锌晶抑制剂，以磷酸锌盐替代锌作为负极材料，或改善隔膜性能等等。

专利CN1412879A公开了一种以锌为负极的二次电池锌晶控制剂，由重铬酸盐、钼酸盐等组成的锌晶抑制剂，抑制过程中锌枝晶形成和生长，取得一些效果。但重铬酸等强氧化集团的引入，造成对其他材质的腐蚀，使电池性能退化甚至不能正常工作。

专利CN105140498A公开了以磷酸锌盐替代锌作为负极材料，虽解决了可能形成枝晶的问题，但由于盐作为负极的导电性及离子交换效率等问题，使其还不能达到作为负极材料的应用要求。