[发明专利]水溶液锂离子电池及用于其中的电极与电极的制造方法

说明书

一种水溶液锂离子电池及用于其中的电极与电极的制造方法，其中，所述电极包括集电器、涂物层以及复合膜层。涂物层设置于集电器的至少一表面，且所述涂物层包括活性物质。复合膜层则设置于涂物层的一表面。复合膜层包括第一层与第二层，其中，第一层介于第二层与涂物层的所述表面之间，且第一层和第二层具有不同的水接触角。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种水溶液锂离子电池及用于其中的电极与电极的制造方法。

背景技术

目前，市售的锂离子电池大多使用有机电解质。然而采用此类有机电解质的电池有其安全上的顾虑。由于人们对于储能装置的能量密度与功率密度需求与日俱增，进而导致有机电解质必须承受更大级数的工作电压与工作电流。然而，以常见的酯类电解质溶剂为例，此种酯类电解质溶剂具有可燃与易于反应的化学特性，因此当锂离子电池在大电流、长时间与高温环境状况下使用时，电解质可能会汽化、氧化，甚至燃烧；同时，作为最广泛应用于锂离子电池的溶质盐类：六氟磷酸锂(LiPF₆)，也存在热稳定性差、遇水易分解及与高毒性等缺点。

因此，目前许多研究都开始探讨锂离子电池采用水溶液电解质的可能性。水溶液电解质具有高安全性、环境友善、低成本、高离子传导率等优点。然而，采用水溶液电解质所面临的最大问题在于水分子的工作电压窗极小(1.23V)，一旦超过范围即会产生水的分解反应，如此小的工作电压范围无法使水溶液锂离子电池满足当今高蓄电效能的需求。

近来有以双(三氟甲磺酰基)亚胺锂(Lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide，简称LiTFSI)作为溶质的水溶液用作电解质应用于锂离子电池，此种电解质具有高溶解度的特性，当浓度高到21m(重量摩尔浓度：摩尔/千克)时，能使水溶液电解液工作电压范围从原先的1.23V扩大至到3V。然而，采用高浓度LiTFSI电解质扩大工作电压的同时，却也面临了高成本的问题。

发明内容

本发明一方面提供一种水溶液锂离子电池的电极，能扩大工作电压窗，在低浓度水溶液电解质中就能达到传统高浓度水溶液电解质的功效。

本发明另一方面提供一种水溶液锂离子电池，能提升电池内部的离子迁移率、电导率并减少电量衰退。

本发明又一方面提供一种水溶液锂离子电池的电极的制造方法，能在抑制产氢反应方面具有较佳效果，且具有良好的充放电可逆性与稳定性。

本发明的水溶液锂离子电池的电极包括集电器、涂物层与复合膜层。涂物层设置于集电器的至少一表面，且所述涂物层包括活性物质。复合膜层则设置于涂物层的一表面，所述复合膜层包括第一层与第二层，其中第一层介于第二层与涂物层的所述表面之间，且所述第一层的水接触角大于所述第二层的水接触角。

本发明的水溶液锂离子电池包括阴极、阳极、水溶液电解质以及置于阴极与阳极之间的隔离膜，其中，所述阳极是上述水溶液锂离子电池的电极。

本发明的水溶液锂离子电池的电极的制造方法包括提供集电器、在所述集电器的至少一表面上形成涂物层以及在所述涂物层的一表面上形成复合膜层。所述复合膜层包括第一层与第二层，其中所述第一层与所述第二层中至少一层是通过浸渍所形成，且所述第一层的水接触角大于所述第二层的水接触角。

基于上述，本发明提出具有极性不同的两层结构的复合膜层，并将此复合膜层用于电极中，通过与具有活性物质的涂物层接触的为水接触角较大的第一层，并搭配外层为水接触角较小的第二层，来抑制产氢反应(hydrogen evolution reaction，简称HER)，并提升水溶液锂离子电池的工作电压窗，进而稳定水溶液锂离子电池的反应、抑制不可逆反应，延长循环寿命。另外，本发明提出的方法能拥有更好的抑制产氢效果，并得到充放电可逆性、稳定性以及循环效能较佳的电极。

附图说明

图1A为本发明实施例一的一种水溶液锂离子电池的电极的剖面示意图；