一种双极性锌离子电池及其制备方法与流程

本发明涉及一种双极性锌离子电池及其制备方法。

背景技术：

环境污染和石油紧缺是全世界各个国家都在面对的难题，而电动汽车似乎是这两个问题完美的解决方案——即满足了人们日常出行的刚性需求又没有对环境造成直接污染。而发展电动汽车的关键技术之一就是动力电池。锌离子电池具有能量密度高、工作电压高、循环寿命长、无记忆效应的一系列优点，具备作为电动汽车用的动力电池潜力。为适用电动汽车，需要将多个动力电池串联起来确保输出功率。然而串联对电池的一致性要求非常高，目前电动汽车用动力电池的安全性和一致性问题已成为电动汽车发展的技术瓶颈。双极性电池工艺作为一种传统电池制作技术，与锌离子电池相结合，具备解决目前动力电池所遇到的难题的能力。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供了一种解决上述问题的一种双极性锌离子电池及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种双极性锌离子电池，包括双极性电极和隔膜，所述双极性电极包括双极性集流体、分别设于双极性集流体两侧的正极侧和负极侧，所述隔膜位于相邻所述正极侧和负极侧之间，其特征在于所述双极性集流体包括双极性集流体基体和涂覆于双极性集流体基体表面的导电层；所述双极性电极边缘涂覆密封胶；所述隔膜为含有P(VDF-HFP)的涂覆隔膜。

更进一步的，所述导电层包括导电剂、树脂、固化交联剂。

更进一步的，所述树脂均匀涂覆于双极性集流体基体一侧表面形成一层阻挡膜，导电剂均匀的分布在树脂的表面。

更进一步的，所述导电剂是石墨、 碳黑、 碳纳米管、单壁碳纳米管、碳纤维中的一种或者几种；所述树脂为环氧树脂、酚醛树脂或聚氨脂中的一种或几种；所述固化交联剂的含量为0.3-0.8wt%。

更进一步的，所述双极性集流体基体为铜箔、镍箔、不锈钢箔、铝镍复合箔、铝铜复合箔中的一种或几种；所述双极性集流体基体的厚度为（5-40）um。

更进一步的，所述隔膜包括纯P(VDF-HFP)隔膜、陶瓷+P(VDF-HFP)隔膜和陶瓷混胶隔膜。

更进一步的，所述隔膜涂层厚度为（0.2-10）um。

本发明还涉及一种双极性锌离子电池的制备方法，包括如下步骤：

1）.将导电剂、树脂、固化交联剂、溶剂按照2%，4%，（0.3-0.8） %，（93.2-93.7） %（wt%）的比例混合搅拌成导电浆料；

2）.以复合箔作为双极性集流体基体1，将前一步骤制得的导电浆料按照一定的面密度均匀的涂覆在双极性集流体基体1的正反两面，烘干，形成（0.2-10）um的导电层2，得到双极性集流体；

3）.将正极活性材料、导电剂、粘结剂混于溶剂中，搅拌得到分散均匀的浆料，涂布于所述导电层的一侧，烘干，得到正极侧；然后将负极活性材料、导电剂、粘结剂、增稠剂混于溶剂中，搅拌得到分散均匀的浆料，涂布于导电层的另一侧，烘干，得到负极侧，所述正极侧和负极侧的厚度相同；

4）.辊压后得到双极性电极或者制成只有双极性集流体和正极侧所组成的正极板或制成只有双极性集流体和负极侧组成的负极板。

5）. 在双极性电极边缘涂上密封胶，所述密封胶的厚度与所述正极侧（或所述负极侧）的厚度相同；

6）.将含有P(VDF-HFP)的涂覆隔膜位于相邻的正极侧和负极侧中间，整齐叠加相连，添加适量电解液，形成正极-隔膜-负极结构，两端为正极板和负极板，其中电解液注液是在叠加每一层过程中进行；

7）.通过热压密封胶及两端的正负极板，制作电池芯体，然后装入包装膜；

8）. 完成封装后的电池芯体，（45-60）℃环境（24-48）H，用热冷压机先（35-80）℃热压2min，压力（0.1-0.5）MPa，接着（5-20）℃冷压2min，压力（0.1-0.5）MPa，得到凝聚态电池，再进行化成，最近经过最后的外包装膜密封得到高电压双极性锌离子电池。

更进一步的，所述正极活性材料为各种晶型的二氧化锰、锰酸锂等材料的一种或几种。

更进一步的，所述负极活性材料为活性炭、锌粉或包覆有热解碳的锌粉，或者三者按一定比例混合后的混合物。

有益效果：本发明与现有技术相比较，其具有以下有益效果：

通过在双极性集流体基体表面均匀的涂覆一层导电层，既可利用树脂在双极性集流体基体表面形成一层阻挡膜，防止电解液渗透发生短路；又可利用导电层中的导电剂均匀的分布在双极性集流体基体的表面，不仅增加了双极性集流体基体表面电荷分布的均匀性，同时也大幅度降低正/负极侧和双极性集基体之间的接触电阻，并能提高两者之间的附着能力，改善电池性能；通过加热加压的方式可以使P(VDF-HFP)发生溶胀，与粘结剂发生交联，通过冷压将P(VDF-HFP)凝胶化，达到减少游离态电解液的作用；双极性电极边缘的密封胶通过热压密封，防止双极性电极边缘部分短路，增加电池的安全性。

附图说明

图1为双极性锌离子电池芯体的组装结构示意图；

图2为图1所示双极性锌离子电池芯体中双极性电极的结构示意图；

图3为图2所示双极性电极中导电层的结构示意图。

具体实施方式

为加深对本发明的理解，下面将几个附图和实施例对本发明做进一步详细描述。

参考图1、附图2和3，双极性电极的制备实例如下：

实施例1

1.将石墨、环氧树脂、固化交联剂、溶剂按照2%，4%，0.8%，93.2%（wt%）的比例混合搅拌成导电浆料；

2.以一片40um铝铜复合箔作为双极性集流体基体1，将前一步骤制得的导电浆料按照一定的面密度均匀的涂覆在双极性集流体基体1的正反两面，烘干，形成10um的导电层2，得到双极性集流体，其中导电层2中，环氧树脂12均匀涂覆于双极性集流体基体1一侧表面形成一层阻挡膜，石墨11均匀的分布在环氧树脂12的表面。

3.将锰酸锂、碳黑、粘结剂混于溶剂中，搅拌得到分散均匀的浆料，涂布于导电层2的一侧，烘干，得到正极侧3；然后将锌粉、碳纳米管、粘结剂、增稠剂混于溶剂中，搅拌得到分散均匀的浆料，涂布于导电层2的另一侧，烘干，得到负极侧4，所述正极侧3和负极侧4的厚度相同。

4.辊压后得到双极性电极6；当然，也可以制成只有双极性集流体和正极侧3所组成的正极板8或只有双极性集流体和负极侧4组成的负极板9。

实施例2

本实施例与实施例1不同的是，制备导电浆料时，采用单壁碳纳米管代替石墨，酚醛树脂代替环氧树脂，固化交联剂、溶剂的比例为0.3%，93.7%（wt%）；且以5um铝镍复合箔代替40um铝铜复合箔制作双极性集流体基体1，所形成的导电层2的厚度为0.2um；制作形成正极侧3的浆料采用二氧化锰代替锰酸锂、碳纤维代替碳黑；制作形成负极侧4的浆料采用包覆有热解碳的锌粉代替锌粉、石墨和炭黑的混合物代替碳纳米管。

实施例3

本实施例与实施例1不同的是，制备导电浆料时，采用石墨、 碳黑、 碳纳米管、单壁碳纳米管、碳纤维的组合物代替石墨，聚氨脂代替环氧树脂，固化交联剂、溶剂的比例为0.5%，93.5%（wt%）；且以10um不锈钢箔代替40um铝铜复合箔制作双极性集流体基体1，所形成的导电层2的厚度为1um；制作形成负极侧4的浆料采用活性炭代替锌粉。

实施例4

本实施例与实施例1不同的是，以20um铜箔代替40um铝铜复合箔制作双极性集流体基体1，所形成的导电层2的厚度为5um；制作形成负极侧4的浆料采用活性炭、锌粉或包覆有热解碳的锌粉的混合物代替锌粉。

实施例5

本实施例与实施例1不同的是，以30um镍箔代替40um铝铜复合箔制作双极性集流体基体1。

双极性锌离子电池的制备实施例如下：

实施例6

1.制备实施例1中的双极性电极6；

2.在双极性电极6边缘涂上密封胶7，所述密封胶7的厚度与正极侧3（或负极侧4）的厚度相同；

3.将10um含有纯P(VDF-HFP)的涂覆隔膜5位于相邻的正极侧3和负极侧4中间，整齐叠加相连，添加适量电解液，形成正极-隔膜-负极结构，两端为正极板8和负极板9，其中电解液注液是在叠加每一层过程中进行；

4.通过热压密封胶7及两端的正负极板，制作电池芯体，然后装入包装膜；

5. 完成封装后的电池芯体，搁置60℃环境24H，用热冷压机先80℃热压2min，压力0.1MPa，接着20℃冷压2min，压力0.5MPa，得到凝聚态电池，再进行化成，最近经过最后的外包装膜密封得到高电压双极性锌离子电池。

实施例7

本实施例与实施例6不同的是，采用实施例2制备的双极性电极6，采用陶瓷+P(VDF-HFP)隔膜制备0.2um涂覆隔膜5，以及步骤5不同点是将完成封装后的电池芯体，搁置45℃环境48H，用热冷压机先35℃热压2min，压力0.5MPa，接着5℃冷压2min，压力0.1MPa。

实施例8

本实施例与实施例6不同的是，采用陶瓷混胶隔膜制备涂覆隔膜5。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。