双极锌离子电池制造技术

本发明专利技术公开了一种双极锌离子电池，包括至少一个单元组，所述单元组包括至少一个电池单元；所述电池单元包括：依次层叠且四周相互粘合密封的阳极塑料集流体、隔离膜和阴极塑料集流体，作为阴极设置在阴极集流体内侧的阴极活性材料层，作为阳极设置在阳极集流体内侧的阳极活性材料层，浸润在阴极、阳极、和隔膜膜空隙中的电解液，其包含有锌化合物，设置在阴、阳极之间的所述隔离膜上用于供锌离子运动的多孔离子通道。本发明专利技术结构简单、质量轻，具有很好的安全性能和使用性能。

Bipolar zinc ion battery

【技术实现步骤摘要】
双极锌离子电池
本专利技术涉及电池，尤其涉及一种塑料集流体双极锌离子电池。
技术介绍
石化燃料的大规模应用催生了整个20-21世纪的大繁荣，但也导致温室气体的过度排放，进而导致全球变暖；新能源的发展，正是基于这个大背景。风能，太阳能等的大规模开发应用，使新能源的价格进一步降低，大规模推广已经没有成本上的障碍，但其输出的不稳定性，对电网具有冲击性，也导致了很多弃风弃光的事件。不稳定的新能源，需要能源稳定器和能源混合器，电池是最理想的能源稳定器和混合器。但常规的锂离子电池，成本较高且安全管理上需要非常多的冗余，因此，大规模的储能必须寻找成本更低，更加安全的电池技术。常规的锌锰电池是以MnO2作为正极，锌金属作为负极，以水性溶液作为电解液，因此，其成本可以做得较低，且安全。但常规的锌锰电池作为一次电池使用，并不可以进行充电，或者充电的效率非常低。常规的锌锰电池使用锌箔或者不锈钢网作为集流体，然后阴极和阴极并联，阳极和阳极并联以形成电池。该设计较为传统，由于使用不锈钢网作为集流体，其电阻较高，功率较低，且很容易出现钢网毛刺等现象，需要较厚的隔膜纸来配合。因此，如何提供一种可充放电的、安全、结构简单、工艺简单、低成本的电池技术是储能业界亟待解决的技术问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述技术问题，本专利技术提出了双极锌离子电池。双极电池双极电池使用这样的设计，其中多个单独的电化学电池堆叠，其中双极板串联连接电化学电池。通常，每个双极板在双极板的第一侧上具有正电极材料，在双极板的第二侧上具有负电极材料。这样，当双极板分离两个相邻的电化学电池时，它用作一个电化学电池的负极集流体板和用作第二电化学电池的正极集流体板。双极板允许电流在充电和放电期间在相邻的电化学电池之间流动，并且还在电化学电池之间提供电化学隔离，使得相邻电化学电池之间不会通过双极板发生离子流动。与传统的单极电池单元（其中金属接头用于连接串联连接的电池单元的集流体板）相比，电子在双极板上行进非常短的距离，而不是通过金属接头在单元外部行进。这可以导致更均匀的电流密度和更高的功率设计。在传统的双极电池设计中，由于阴极和阳极共用相同的金属集流体，堆叠在一起时，难以密封，也难以适应电池材料和电池单元的膨胀问题，并且不易检测每一层所存在的问题或缺陷。本专利技术的双极锌离子电池，包括至少一个单元组，所述单元组包括至少一个电池单元；所述电池单元包括：所述电池单元包括：依次层叠且四周相互粘合密封形成两个腔体的阳极塑料集流体、隔离膜和阴极塑料集流体，作为阴极设置在阴极集流体内侧的阴极活性材料层，作为阳极设置在阳极集流体内侧的阳极活性材料层，浸润在阴极、阳极、和隔膜膜空隙中的电解液，其包含有锌化合物，设置在阴、阳极之间的所述隔离膜上用于供锌离子运动的多孔通道。具体的，所述阳极集流体层内侧涂覆有作为阳极的含锌粉的阳极材料层或者是复合锌箔层。优选的，所述锌箔层表面或者锌粉的每个颗粒表面包覆着有机物涂层或无机物涂层，或者有机物和无机物混合的涂层。优选的，所述阴极活性材料含有纳米四氧化三锰颗粒，和/或所述阴极活性材料内掺杂着Ni、Co、Al、Mg、Fe、V或Cu，所述四氧化三锰颗粒表面包覆有碳纳米管层、碳层或石墨烯层。具体的，所述隔离膜层包括设于中部的包含了所述多孔通道的多孔区域，以及位于多孔区域四周的框架区域，所述多孔区域的面积大于与阳极和阴极的面积，使多孔区域的四周超出与其相对的阴极和阳极的四周，所述隔离膜层的面积大于所述阳极集流体层和阴极集流体层，使所述框架区域在与所述阳极流体体层和阴极集流体层粘合后四周露出于所述阳极集流体层和阴极集流体层。优选的，所述隔离膜层采用多孔的基材，所述框架区域采用多孔的基材填充聚合物制成。优选的，所述阳极集流体层和阴极集流体层上涂覆有分别用于粘合阳极和阴极的电极层的导电预涂层。具体的，所述单元组包含两个或以上电池单元时，所述相邻的电池单元的阳极集流体层和阴极集流体层相互贴合进行串联。具体的，所述双极锌离子电池包含两个或以上单元组时，所述单元组沿着电池单元的层叠方向进行层叠，且相邻的单元组之间设有绝缘层，所有单元组通过集流体并联。具体的，所述双极锌离子电池外围设有防止其沿单元组的层叠方向膨胀的金属外箍层，所述金属外箍层与单元组接触的部分设有绝缘层。本专利技术的锌离子电池的工艺与结构简单，成本低，且可以很好的密封，采用的是水溶剂的凝胶状电解质可以起到防漏的作用，而且本专利技术没有用全金属作为集流体，产品质量会更轻。附图说明下面结合实施例和附图对本专利技术进行详细说明，其中：图1是本专利技术的电池单元的第一实施例的结构示意图。图2是本专利技术的电池单元的第二实施例的结构示意图。图3是本专利技术锌粉颗粒结构示意图。图4是本专利技术四氧化三锰颗粒结构示意图。图5是本专利技术第一种电池单元的层叠结构示意图。图6是本专利技术第二种电池单元的层叠结构示意图。图7是本专利技术单元组的层叠结构示意图。图8是本专利技术电池单元的局部尺寸图。具体实施方式下面结合附图详细说明本专利技术的原理及实施例。本专利技术的双极锌离子电池包含至少一个单元组。每个单元组包含至少一个电池单元。本专利技术的电池单元1可以有两种结构，图1、图2分别示出了本专利技术的电池单元的两个实施例。如图1所示，在第一实施例中，本专利技术的电池单元1包括：阳极集流体层11、隔离膜层12、阴极集流体层13、阴极15、阳极14和电解质（图中未示出）。阳极集流体层、隔离膜层和阴极集流体层采用的都是柔性的材料，例如，阳极集流体层11和阴极集流体层13采用的是由PP、PE、PU、PIB或者是PET和导电剂制成的塑料薄膜，或者将聚丙烯PP、聚乙烯PE、聚氨酯PU、聚异丁烯PIB、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET与炭黑混合形成的导电薄膜，或者是采用碳纳米管CNT形成导电薄膜，或者是电镀有Cu、Ni、Ti、Al、Fe、Cr、等一种或者多种金属的含有炭黑或者碳纳米管的塑料薄膜。阳极集流体层11和阴极集流体层13的薄膜可以通过挤出、拉伸、流延或者旋切形成，也可以叫做聚合物电流集流体层（PCC），PCC的电阻率约为10-5至1欧姆.米，厚度约为10-100um，对O2和H2可以选择性渗透性，而H2O不可渗透。阳极集流体层11、阴极集流体层13用来涂覆或粘合阳极、阴极的区域可以进一步设有电极导电预涂层，该极层导电涂层的厚度为2-5um，电阻率在10-3到1Ohm.m附近，可以使用PTFE，PIB或PVDF，CMC和炭黑，石墨烯或者碳纳米管混合制成的导电剂或其他低温活化粘合剂制成。隔离膜层采用PP、PET、PE、PI或其他聚合物材料作为基材，其为多孔膜，孔径10-2000nm，孔隙率20%-90%，基材表面经等离子或化学方法处理，形成较多的-OH,这将使隔离膜层具有更好的被水润湿能力，更吸水和更好的保液能力。基材的中心是用于锌离子运动的多孔区域，基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双极锌离子电池，其特征在于，包括至少一个单元组，所述单元组包括至少一个电池单元；/n所述单元组包括至少一个电池单元；所述电池单元包括：依次层叠且四周相互粘合密封形成两个腔体的阳极塑料集流体、隔离膜和阴极塑料集流体，作为阴极设置在阴极集流体内侧的阴极活性材料层，作为阳极设置在阳极集流体内侧的阳极活性材料层，浸润在阴极、阳极、和隔膜膜空隙中的电解液，其包含有锌化合物，设置在阴、阳极之间的所述隔离膜上用于供锌离子运动的多孔通道。/n

【技术特征摘要】
1.一种双极锌离子电池，其特征在于，包括至少一个单元组，所述单元组包括至少一个电池单元；
所述单元组包括至少一个电池单元；所述电池单元包括：依次层叠且四周相互粘合密封形成两个腔体的阳极塑料集流体、隔离膜和阴极塑料集流体，作为阴极设置在阴极集流体内侧的阴极活性材料层，作为阳极设置在阳极集流体内侧的阳极活性材料层，浸润在阴极、阳极、和隔膜膜空隙中的电解液，其包含有锌化合物，设置在阴、阳极之间的所述隔离膜上用于供锌离子运动的多孔通道。


2.如权利要求1所述的双极锌离子电池，其特征在于，所述阳极集流体层内侧涂覆或电镀有作为阳极的含锌粉或者锌合金的阳极材料层或者是锌箔层。


3.如权利要求2所述的双极锌离子电池，其特征在于，所述锌箔层表面或者锌粉的每个颗粒表面包覆着有机物包覆层或无机物包覆层，或者有机物和无机物混合的包覆层。


4.如权利要求1所述的双极锌离子电池，其特征在于，所述阴极活性材料含有纳米四氧化三锰颗粒，和/或所述阴极活性材料内掺杂着Ni、Co、Al、Mg、Fe、V或Cu，所述四氧化三锰颗粒表面包覆有碳纳米管层、碳层或石墨烯层，所述的碳层、碳纳米管层或者石墨烯层形成三维网状结构，连接所有的纳米四氧化三锰颗粒。


5.如权利要求1所述的双极锌离子电池，其特征在于，所述隔离膜包括设于中部的包含了所述的多孔离子通道区...

【专利技术属性】
技术研发人员：余玉英，
申请(专利权)人：邦泰宏图深圳科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东;44