电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电池领域，具体涉及一种基于内部离子交换的电池。
【背景技术】
[0002] 铅酸电池，其出现已超百年，拥有着成熟的电池技术，占据着汽车启动电瓶、电动 自行车、UPS等储能领域的绝对市场份额。铅酸电池虽然循环使用寿命较低，能量密度也相 对较低，但却拥有价格非常低廉，性价比非常高的优点。因此，近些年来，镍氢电池、锂离子 电池、钠硫电池等，均无法在储能领域取代铅酸电池。
[0003]新出现了一种基于内部离子交换的电池。该电池的工作原理为，正极基于第一金 属离子的脱出-嵌入反应，负极基于第二金属离子的沉积-溶解反应，电解液含参与正极脱 出-嵌入反应的第一金属离子和参与负极沉积-溶解反应的第二金属离子。该类型电池的 理论能量密度为160Wh/Kg，预计实际能量密度可达50~80Wh/Kg。综上所述，该类型电池 非常有希望成为替代铅酸电池的下一代储能电池，具有极大的商业价值。
[0004]但是，目前该电池在使用一段时间后，电池内部会产生枝晶，枝晶可能会引起电池 短路，导致电池使用存在安全隐患。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种能够提升安全性能的离子交换电池。
[0006]本发明提供了一种电池，包括正极、负极、及电解液，所述正极包括能够可逆脱 出-嵌入第一金属离子的正极活性物质；所述电解液包括至少一种能够溶解电解质并使所 述电解质电离的溶剂；所述电解质包括第一金属离子和第二金属离子；所述第二金属离子 在充电过程中在所述负极还原沉积为第二金属，所述第二金属在放电过程中氧化溶解为第 二金属离子；所述电池还包括负极改性剂，所述负极改性剂选自明胶、琼脂、纤维素、纤维素 醚及其可溶性盐、糊精和环糊精中的一种或几种。
[0007]优选地，所述环糊精选自a-环糊精、0 -环糊精和Y -环糊精中的一种或几种； 所述纤维素醚选自羧甲基纤维素或羟丙基甲基纤维素。
[0008]优选地，所述负极改性剂的平均分子量为0.2万~200万。
[0009]优选地，所述负极改性剂包含在负极的表面的涂覆层中。
[0010] 优选地，所述涂覆层还包括第二金属离子。
[0011] 优选地，所述涂覆层的厚度为5~40ilm。
[0012] 优选地，所述负极改性剂占电解液的质量百分含量为0. 01%~2%。
[0013]优选地，所述电解质中的阴离子包括硫酸根离子、氯离子、醋酸根离子、硝酸根离 子和烷基磺酸根离子中的一种或几种。
[0014]优选地，所述烷基磺酸根离子为甲基磺酸根离子。
[0015]优选地，所述电池还包括位于正极和负极之间的隔膜。
[0016]优选地，所述隔膜为玻璃纤维隔膜。
[0017] 优选地，所述第一金属离子选自锂离子、钠离子或镁离子。
[0018] 优选地，所述第二金属选自锰、铁、铜、锌、铬、镍、锡或铅。
[0019] 优选地，所述溶剂为水或醇。
[0020] 与现有技术相比，本发明添加了负极改性剂，有效抑制了枝晶的产生，增强了电池 的安全性能；同时提高了电池的循环性能，也能有效抑制电解液与负极之间的副反应，避免 负极产生气体。
【具体实施方式】
[0021] 为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合 实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释 本发明，并不用于限定本发明。
[0022] 一种电池，包括正极、负极、及电解液，所述正极包括能够可逆脱出-嵌入第一金 属离子的正极活性物质；所述电解液包括至少一种能够溶解电解质并使所述电解质电离的 溶剂；所述电解质包括第一金属离子和第二金属离子；所述第二金属离子在充电过程中在 所述负极还原沉积为第二金属，所述第二金属在放电过程中氧化溶解为第二金属离子；所 述电池还包括负极改性剂，所述负极改性剂选自明胶、琼脂、纤维素、纤维素醚及其可溶性 盐、糊精和环糊精中的一种或几种。
[0023] 本发明电池的充放电原理为：充电时，正极活性物质脱出第一金属离子，同时伴随 正极活性物质被氧化，并放出电子；电子经由外电路到达电池负极，同时电解液中的第二金 属离子在负极上得到电子被还原，并沉积在负极上。放电时，沉积在负极上的第二金属被氧 化，失去电子转变为第二金属离子进入电解液中；电子经外电路到达正极，正极活性物质接 受电子被还原，同时第一金属离子嵌入正极活性物质中。
[0024] 负极改性剂的目的是改善第二金属在负极上的沉积，抑制第二金属枝晶的产生， 从而提高电池的安全性能。
[0025] 优选地，所述负极改性剂的平均分子量为0. 2万~200万。
[0026] 其中，明胶一般由动物的骨或皮中所含的胶原经部分水解制得。
[0027] 优选地，本发明的明胶的平均分子量为0. 2万~15万。
[0028] 其中，琼脂是指由某些海藻加工制成的胶体物质，其主要成分为多聚半乳糖。
[0029] 其中，纤维素是指300个以上的葡萄糖单位以0-1，4糖苷键相连形成的直链大分 子多糖，分子式为（C6H1(l05)n。本发明的纤维素包括但不限于a-纤维素、纤维素、纤 维素。
[0030] 优选地，纤维素的平均分子量为50万~200万。
[0031] 其中，纤维素醚及其可溶性盐是指纤维素高分子中羟基的氢被烃基取代的衍生 物。例如甲基纤维素及其可溶性盐、羟乙基甲基纤维素及其可溶性盐、羧甲基纤维素及其 可溶性盐、乙基纤维素及其可溶性盐、苄基纤维素及其可溶性盐、羟乙基纤维素及其可溶性 盐、羟丙基甲基纤维素及其可溶性盐、氰乙基纤维素及其可溶性盐、苄基氰乙基纤维素及其 可溶性盐、羧甲基羟乙基纤维素及其可溶性盐、苯基纤维素及其可溶性盐。
[0032] 优选地，纤维素醚选自羧甲基纤维素(简写CMC)或羟丙基甲基纤维素(简写 HPMC)。
[0033] 更优选地，羧甲基纤维素的取代度为0. 8~1. 1。
[0034] 其中，糊精是指淀粉在酸、加热或淀粉酶的作用下部分水解，得到比淀粉相对分子 质量小得多的糖。糊精包括但不限于白糊精、黄糊精或英国胶。
[0035] 其中，环糊精是直链淀粉在环糊精葡萄糖基转移酶作用下生成的一系列环状低聚 糖的总称，通常含有6~12个D-吡喃葡萄糖单元。例如a-环糊精（6个葡萄糖单元)、 环糊精（7个葡萄糖单元）及Y环糊精（8个葡萄糖单元)。
[0036] 优选地，环糊精选自a-环糊精、0 -环糊精和Y环糊精中的一种或几种。
[0037] 在电池中，负极改性剂可以分散在所述电解液中，或者负极改性剂附在负极表面 上。
[0038] 具体地，负极改性剂既可以作为电解液添加剂，加入电解液，分散在电解液中；亦 可以直接附于负极的表面上。
[0039]当负极改性剂分散在电解液中时，根据负极改性剂的不同情况，形成的分散体系 可以形成溶液、或者胶体溶液。
[0040] 优选地，负极改性剂占电解液的质量百分含量为0. 01%~2%。
[0041] 负极改性剂分散在电解液，可以是直接向配成的电解质溶液中加入负极改性剂， 还可以将电解质与负极改性剂一起加入到溶剂中均匀分散，配置成电解液。
[0042] 当负极改性剂附于负极的表面时，优选将负极改性剂涂覆在负极的表面形成涂覆 层，即负极改性剂包含在负极的表面的涂覆层中。具体涂覆方法，可以是将负极改性剂加入 分散剂中制成分散体系，将该分散体系直接涂覆在负极的表面，然后瞭干即可。
[0043] 优选地，分散体系中负极改性剂的含量小于20wt%。这样便于涂覆操作，以及提高 涂覆效果。
[0044] 优选地，涂覆层的厚度为5~40i!m。这样可以有效避免离子迁移效率的降低。
[0045] 更优选地，所述涂覆层还包括第二金属离子，即将负极改性剂和第二金属离子的 盐一起涂覆在负极的表面，具体为将负极改性剂和第二金属离子的盐一起分散于分散