[发明专利]一种用明胶包覆的电极材料的制备方法及其应用

说明书

本发明为一种用明胶包覆的电极材料的制备方法及其应用。该方法包括如下步骤：将明胶置于去离子水中配制成明胶溶液；明胶溶液的浓度为0.1％～20％；然后将明胶溶液手动或旋转涂覆在电极极片表面；最后将涂覆明胶后的电极极片在‑50～100℃温度下干燥，干燥时间为1～600分钟，得到明胶包覆的电极材料。所述的明胶包覆的电极材料作为水系离子电池的正极。本发明通过明胶包覆在电极材料的表面，阻止电极材料中活性物质溶入电解液，避免造成容量损失；还可以吸附电解液中已经溶出的金属离子，进一步氧化成为活性物质，为容量提供保障。

技术领域

本发明属于能源材料技术领域，涉及可充电混合水系电池电极材料的技术领域，特别涉及一种用于水系电池的用明胶包覆或改性的电极材料。

背景技术

石油、煤炭等不可再生能源不断被消耗，只有不断开发可再生能源，才能避免能源危机的到来。现如今，以太阳能、风能为代表的可再生能源发电已经取得很大的研究进展。然而，太阳能、风能等自然能源是间歇性的，其受天气、气候、地理位置等自然因素影响，所产生的电能是不持续、不稳定的。这些不持续、不稳定的电能如若并入电网，会干扰电网的正常运行。大规模储能技术可以有效提供持续稳定的电能，对解决能源危机具有重要的研究价值。储能技术目前主要包括机械储能、电化学储能、相变储能和电磁储能等。其中，电化学储能因具有成本低、效率高、运用灵活等特点，得到广泛研究。其中，可充电的二次电池因使用和维护最为方便，成为研究热点。

在二次电池中，锂离子电池的研究和应用最为广泛。传统的锂离子电池具有能量密度高、倍率性能好、循环寿命长等优点，已被广泛应用于手机、笔记本电脑、新能源汽车等领域。但是，传统的锂离子电池大多采用有毒害且易燃易爆的有机电解质，若因电压不稳或使用不当，会产生燃烧或爆炸事故，给生命和财产安全带来隐患。而水系离子电池由于采用混合盐水溶液或水凝胶作为电解质，既避免了有机电解质易燃易爆的隐患，又克服了传统水系电池寿命短、高污染(铅酸电池)和价格昂贵(镍氢电池)等问题，是能满足大规模储能技术要求的理想体系之一。因此，水系离子(锂、钠、锌等)电池的开发备受关注。

明胶作为粘结剂已在锂硫电池中被研究，因其具有较强的粘合力、良好的分散性以及不易被电解液溶胀等优点，保证了电极结构的稳定。中国专利CN 105226288 A公开了一种锂硫电池用粘结剂及其应用，粘结剂采用明胶和淀粉作为粘结剂，水凝胶作为交联剂，制备得到具有介孔级孔道的三维空间网状结构的锂硫电池电极。该发明制备的粘结剂能够解决硫电极体积膨胀，改善中间产物多硫化锂易溶于有机电解液，易发生飞梭效应的问题。虽然一定程度上改善了电池的电化学性能，但其循环次数仍然有限，难以与现有的商业化电池相比。中国专利CN 108807910 A公开了一种水系锌离子电池，负极为石墨烯辅助锌负极，电解液中加入了微量缓蚀剂。所述缓蚀剂为聚乙二醇、乙二胺、明胶、四丁基溴化铵和十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种，其目的是缓解锌腐蚀、钝化等问题，并不能解决正极材料中离子溶出问题。

目前，在电化学储能领域，明胶主要用作电极的粘结剂或隔膜修饰剂或缓蚀剂来改善电池的电化学性能。尚未发现有明胶包覆或改性的电极材料应用于可充电混合水系电池来提高循环性能。

发明内容

本发明的目的为针对现有水系电池技术电极材料中离子容易溶出、容量衰减较快的缺陷，提出了一种用明胶包覆或改性电极材料的方法。该方法首次将明胶包覆在电极材料的表面，从而阻止电极材料中活性物质溶入电解液，造成容量损失。此外，这个明胶包覆层还可以吸附电解液中已经溶出的金属离子，进一步氧化成为活性物质，为容量提供保障。

本发明的技术方案如下：

一种用明胶包覆的电极材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将明胶置于去离子水中，在25～80℃下恒温静置0.5～5h，然后搅拌0.5～5h，配制成明胶溶液；明胶溶液的质量百分浓度为0.1％～20％；

步骤二：将明胶溶液手动或旋转涂覆在电极极片表面；