[发明专利]一种水系锌离子软包电池及其制备方法

说明书

本发明提供一种水系锌离子软包电池及其制备方法，所述电池包括：软包电池壳，与软包电池壳连接并与电池内部相通的单向排气装置，极耳，电解质，至少一层正极，至少一层负极和位于所述正极与负极之间的隔膜，所述极耳包括连接正极的正极极耳和连接负极的负极极耳。

技术领域

本发明涉及一种水系锌离子软包电池及其制备方法，属于二次电池领域。

背景技术

随着中国经济的高速发展，人们对能源的需求急剧增大，电力、能源的可持续供给与经济发展需要间的矛盾越来越突出。基于太阳能、风能等可再生能源是实现我国能源可持续发展的重要途径。由于可再生能源发电受季节、日照强度和风力变化等因素影响，呈现非稳态特征，因此，需要开发高效、廉价、污染少和安全可靠的储能技术。二次电池是通过化学反应将化学能和电能进行相互转换的储能方式，具有模块化、响应快、商业化程度高、系统安装灵活等特征，是智能电网、智能微网和能源互联网的关键技术之一，应用前景非常广阔。

锌基电池是二次电池的重要分支，是化学电源的研发热点。锌贮量丰富、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，由于具有这些优良特性，备受研究者关注。自2009年开始，清华大学深圳研究生院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。然而，上述研究只是对电池正负极材料的改进，并没有转化为产品为大家所用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种水系锌离子软包电池及其制备方法，该方法可以有效的提高活性物质的质量比和体积比，进而提高电池的比能量。

一方面，本发明提供了一种水系锌离子软包电池，所述电池包括：软包电池壳，与软包电池壳连接并与电池内部相通的单向排气装置，极耳，电解质，至少一层正极，至少一层负极和位于所述正极与负极之间的隔膜，所述极耳包括连接正极的正极极耳和连接负极的负极极耳。

本发明中，水系锌离子软包电池含有单向排气装置，其与软包电池壳连接在一起，并与电池内部相通。其中，单向排气装置可使得电池内部充放电反应产生的气体从电池内部排出，且外部气体无法进入电池内部。

较佳地，所述单向排气装置为片式单向排气装置或扣式单向排气装置。该单向排气装置可在电池封装时与电池壳连接在一起，与电池内部相通，气体只可从电池内部排出，外部气体无法进入电池内部(本结构为电池加装排气单向结构，以适应在充放电过程中会产生气体的电池)。

较佳地，当所述正极为至少一层、负极为至少两层时，利用隔膜将正极和负极进行Z型叠片。