一种水系电池结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种水系电池结构，包括电芯和设置在电芯外部的一体注塑电池外壳，所述电芯由正极电极、隔膜和负极电极依次堆叠组成，正极电极由“正极

【技术实现步骤摘要】
一种水系电池结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种水系电池结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]水系电池是指以水溶液为电解液的二次电池。相较于有机物电解液电池，水系电池具有安全性高、环境友好、离子导电率高等优点，因此在未来的大规模电能储存中，水系电池具有更大的应用前景。目前水系电池主要受到窗口电压窄、电极发生副反应，循环稳定性差等缺点的限制，而这些缺点的一个最主要原因就是水系电池集流材料本身带来的，如有机体系中常用的铝箔和铜箔在水系电池中会发生严重的腐蚀现象；集流体的腐蚀所引入的杂质离子会加大电池的自放电；并且杂质离子在正负极表面发生氧化还原反应，会大大缩短电池的循环寿命。水系电池由于正极电压高及水体系副反应较多问题，所以集流材料目前一般采用不锈钢箔或钛合金箔，而这两种材料本身电阻率较高而且密度较大，并且在高电压下会发生严重腐蚀甚至断裂，所以严重制约着水系电池成本、能量密度及循环寿命。
[0003]集流体是金属离子水系电池中不可或缺的组成部件之一，它不仅能承载活性物质，而且还可以将电极活性物质产生的电流汇集并输出，对降低电池的内阻以及提高电池的库伦效率、循环稳定性和倍率性能方面起着至关重要的作用。
[0004]因此集流材料的优化对水系电池的发展至关重要，而目前水系电池集流材料的优化方向主要是主要有两种，一种是非金属集流体，如公告号为CN105977495B的专利中提到的石墨纸集流体或者公开号为CN110707326A的专利中的含碳材料集流体，这些集流体虽然能解决水系电池集流体腐蚀问题，但是本身导电性较差，只适用于串联导电，很难将电流引出并且材料本身较脆，难以装配；另外一个方向就是金属通过表面处理，比如钝化或者表面涂层，如公开号为CN111313030A的专利中提到的金属表面有机涂层，而这种涂层能减缓金属腐蚀，但是由于金属基材的厚度很小，卷材涂布经过裁切后边缘位置涂层难度较大，电化学腐蚀往往从保护薄弱的地方开始，从而导致整片集流体的失效；如果采用先将集流体裁切成相应的形状再进行涂布，片状涂布的生产效率很难提高。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种水系电池结构，规避了集流体边缘位置不耐腐蚀的缺点，可以适用于任何集流体形式的电池，且更适用于具有表面防腐涂层的集流体。
[0006]本专利技术的另外一个目的是提供一种水系电池结构的制备方法。
[0007]实现上述目的一种技术方案是：一种水系电池结构，包括电芯和设置在电芯外部的一体注塑电池外壳，所述电芯由正极电极、隔膜和负极电极依次堆叠组成，其中：
[0008]所述正极电极由“正极
‑
集流体
‑
正极”堆叠而成，所述负极电极由“负极
‑
集流体
‑
负极”堆叠而成，且位于所述电芯端部的正极电极采用“正极
‑
集流体”单侧正极电极，位于所述电芯端部的负极电极采用“负极
‑
集流体”单侧负极电极；
[0009]所述正极电极中正极的长宽尺寸比集流体的长宽尺寸小10～20mm；
[0010]所述负极电极中负极的长宽尺寸比集流体的长宽尺寸小10～20mm；
[0011]所述隔膜的长宽尺寸比集流体的长宽尺寸小8～15mm。
[0012]上述的一种水系电池结构，其中，所述集流体包括铝箔层和涂覆在其正、反面的自成膜有机涂层。
[0013]上述的一种水系电池结构，其中，每个隔膜以及与其相邻的正极电极的正极和负极电极的负极的外周包覆有一个环形的密封件，所述密封件的长宽尺寸比所述隔膜的长宽尺寸大3～5mm，所述密封件的厚度等于相应的隔膜以及与其相邻的正极电极的正极和负极电极的负极的厚度总和。
[0014]本专利技术还提供了一种水系电池的制备方法，水系电池的结构采用上述的水系电池结构，包括以下步骤：
[0015]S1，按照“正极
‑
集流体
‑
正极”堆叠形成正极电极；
[0016]S2，按照“负极
‑
集流体
‑
负极”堆叠形成负极电极；
[0017]S3，将正极电极、隔膜和负极电极依次堆叠组成电芯，且位于所述电芯端部的正极电极采用“正极
‑
集流体”单侧正极电极，位于所述电芯端部的负极电极采用“负极
‑
集流体”单侧负极电极；
[0018]S4，电芯堆叠完成后，将梳形模具插入集流体中间，电芯的外侧放置外壳模具，然后经过注塑形成一体注塑电池外壳，注塑的材质采用改性氟碳树脂、改性酚醛树脂或改性聚醚醚酮，注塑完成后，撤出梳形模具。
[0019]上述的一种水系电池的制备方法，其中，所述梳形模具的材质为金属，表面粗糙度Ra＜0.4微米。
[0020]一种水系电池的制备方法，水系电池的结构采用上述的水系电池结构，包括以下步骤：
[0021]S1，按照“正极
‑
集流体
‑
正极”堆叠形成正极电极；
[0022]S2，按照“负极
‑
集流体
‑
负极”堆叠形成负极电极；
[0023]S3，将正极电极、隔膜和负极电极依次堆叠组成电芯，且位于所述电芯端部的正极电极采用“正极
‑
集流体”单侧正极电极，位于所述电芯端部的负极电极采用“负极
‑
集流体”单侧负极电极；
[0024]S4，在每个隔膜以及与其相邻的正极电极的正极和负极电极的负极的外周包覆一个环形的密封件；
[0025]S5，在电芯的外侧放置外壳模具，然后经过注塑形成一体注塑电池外壳，注塑的材质采用改性氟碳树脂，改性酚醛树脂或改性聚醚醚酮。
[0026]上述的一种水系电池的制备方法，其中，所述密封件的材质采用改性氟碳树脂、改性酚醛树脂或改性聚醚醚酮。
[0027]采用本专利技术的水系电池结构及其制备方法的技术方案，边缘裸露的集流体密封在一体注塑电池外壳内，一体注塑电池外壳不仅起到密封集流体的作用，还可以充当电解液的容器，一举两得，一体注塑的设计，可以大大简化制备工艺，提高生产效率。
附图说明
[0028]图1为实施例1的水系电池结构的结构示意图；
[0029]图2为实施例2的水系电池结构的结构示意图；
[0030]图3为实施例2中单个密封件的安装示意图。
具体实施方式
[0031]为了使本
的技术人员能更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图对其具体实施方式进行详细地说明：
[0032]实施例1：
[0033]请参阅图1，一种水系电池结构，包括电芯和设置在电芯外部的一体注塑电池外壳1，电芯由正极电极2、隔膜5和负极电极4依次堆叠组成。
[0034]正极电极2由“正极21
‑
集流体3
‑
正极21”堆叠而成，负极电极4由“负极41
‑
集流体3...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水系电池结构，其特征在于，包括电芯和设置在电芯外部的一体注塑电池外壳，所述电芯由正极电极、隔膜和负极电极依次堆叠组成，其中：所述正极电极由“正极
‑
集流体
‑
正极”堆叠而成，所述负极电极由“负极
‑
集流体
‑
负极”堆叠而成，且位于所述电芯端部的正极电极采用“正极
‑
集流体”单侧正极电极，位于所述电芯端部的负极电极采用“负极
‑
集流体”单侧负极电极；所述正极电极中正极的长宽尺寸比集流体的长宽尺寸小10～20mm；所述负极电极中负极的长宽尺寸比集流体的长宽尺寸小10～20mm；所述隔膜的长宽尺寸比集流体的长宽尺寸小8～15mm。2.如权利要求1所述的一种水系电池结构，其特征在于，所述集流体包括铝箔层和涂覆在其正、反面的自成膜有机涂层。3.如权利要求1或2所述的一种水系电池结构，其特征在于，每个隔膜以及与其相邻的正极电极的正极和负极电极的负极的外周包覆有一个环形的密封件，所述密封件的长宽尺寸比所述隔膜的长宽尺寸大3～5mm，所述密封件的厚度等于相应的隔膜以及与其相邻的正极电极的正极和负极电极的负极的厚度总和。4.一种水系电池的制备方法，其特征在于，所述水系电池的结构采用如权利要求1或2所述的水系电池结构，包括以下步骤：S1，按照“正极
‑
集流体
‑
正极”堆叠形成正极电极；S2，按照“负极
‑
集流体
‑
负极”堆叠形成负极电极；S3，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昆，田剑莉亚，孙贤书，
申请(专利权)人：贲安能源科技江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：