本發(fā)明涉及一種雙極性鋅離子電池及其制備方法。

背景技術(shù)：

環(huán)境污染和石油緊缺是全世界各個國家都在面對的難題，而電動汽車似乎是這兩個問題完美的解決方案——即滿足了人們?nèi)粘３鲂械膭傂孕枨笥譀]有對環(huán)境造成直接污染。而發(fā)展電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一就是動力電池。鋅離子電池具有能量密度高、工作電壓高、循環(huán)壽命長、無記憶效應(yīng)的一系列優(yōu)點(diǎn)，具備作為電動汽車用的動力電池潛力。為適用電動汽車，需要將多個動力電池串聯(lián)起來確保輸出功率。然而串聯(lián)對電池的一致性要求非常高，目前電動汽車用動力電池的安全性和一致性問題已成為電動汽車發(fā)展的技術(shù)瓶頸。雙極性電池工藝作為一種傳統(tǒng)電池制作技術(shù)，與鋅離子電池相結(jié)合，具備解決目前動力電池所遇到的難題的能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種解決上述問題的一種雙極性鋅離子電池及其制備方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案得以解決：

一種雙極性鋅離子電池，包括雙極性電極和隔膜，所述雙極性電極包括雙極性集流體、分別設(shè)于雙極性集流體兩側(cè)的正極側(cè)和負(fù)極側(cè)，所述隔膜位于相鄰所述正極側(cè)和負(fù)極側(cè)之間，其特征在于所述雙極性集流體包括雙極性集流體基體和涂覆于雙極性集流體基體表面的導(dǎo)電層；所述雙極性電極邊緣涂覆密封膠；所述隔膜為含有P(VDF-HFP)的涂覆隔膜。

更進(jìn)一步的，所述導(dǎo)電層包括導(dǎo)電劑、樹脂、固化交聯(lián)劑。

更進(jìn)一步的，所述樹脂均勻涂覆于雙極性集流體基體一側(cè)表面形成一層阻擋膜，導(dǎo)電劑均勻的分布在樹脂的表面。

更進(jìn)一步的，所述導(dǎo)電劑是石墨、 碳黑、 碳納米管、單壁碳納米管、碳纖維中的一種或者幾種；所述樹脂為環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂或聚氨脂中的一種或幾種；所述固化交聯(lián)劑的含量為0.3-0.8wt%。

更進(jìn)一步的，所述雙極性集流體基體為銅箔、鎳箔、不銹鋼箔、鋁鎳復(fù)合箔、鋁銅復(fù)合箔中的一種或幾種；所述雙極性集流體基體的厚度為（5-40）um。

更進(jìn)一步的，所述隔膜包括純P(VDF-HFP)隔膜、陶瓷+P(VDF-HFP)隔膜和陶瓷混膠隔膜。

更進(jìn)一步的，所述隔膜涂層厚度為（0.2-10）um。

本發(fā)明還涉及一種雙極性鋅離子電池的制備方法，包括如下步驟：

1）.將導(dǎo)電劑、樹脂、固化交聯(lián)劑、溶劑按照2%，4%，（0.3-0.8） %，（93.2-93.7） %（wt%）的比例混合攪拌成導(dǎo)電漿料；

2）.以復(fù)合箔作為雙極性集流體基體1，將前一步驟制得的導(dǎo)電漿料按照一定的面密度均勻的涂覆在雙極性集流體基體1的正反兩面，烘干，形成（0.2-10）um的導(dǎo)電層2，得到雙極性集流體；

3）.將正極活性材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑混于溶劑中，攪拌得到分散均勻的漿料，涂布于所述導(dǎo)電層的一側(cè)，烘干，得到正極側(cè)；然后將負(fù)極活性材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、增稠劑混于溶劑中，攪拌得到分散均勻的漿料，涂布于導(dǎo)電層的另一側(cè)，烘干，得到負(fù)極側(cè)，所述正極側(cè)和負(fù)極側(cè)的厚度相同；

4）.輥壓后得到雙極性電極或者制成只有雙極性集流體和正極側(cè)所組成的正極板或制成只有雙極性集流體和負(fù)極側(cè)組成的負(fù)極板。

5）. 在雙極性電極邊緣涂上密封膠，所述密封膠的厚度與所述正極側(cè)（或所述負(fù)極側(cè)）的厚度相同；

6）.將含有P(VDF-HFP)的涂覆隔膜位于相鄰的正極側(cè)和負(fù)極側(cè)中間，整齊疊加相連，添加適量電解液，形成正極-隔膜-負(fù)極結(jié)構(gòu)，兩端為正極板和負(fù)極板，其中電解液注液是在疊加每一層過程中進(jìn)行；

7）.通過熱壓密封膠及兩端的正負(fù)極板，制作電池芯體，然后裝入包裝膜；

8）. 完成封裝后的電池芯體，（45-60）℃環(huán)境（24-48）H，用熱冷壓機(jī)先（35-80）℃熱壓2min，壓力（0.1-0.5）MPa，接著（5-20）℃冷壓2min，壓力（0.1-0.5）MPa，得到凝聚態(tài)電池，再進(jìn)行化成，最近經(jīng)過最后的外包裝膜密封得到高電壓雙極性鋅離子電池。

更進(jìn)一步的，所述正極活性材料為各種晶型的二氧化錳、錳酸鋰等材料的一種或幾種。

更進(jìn)一步的，所述負(fù)極活性材料為活性炭、鋅粉或包覆有熱解碳的鋅粉，或者三者按一定比例混合后的混合物。

有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，其具有以下有益效果：

通過在雙極性集流體基體表面均勻的涂覆一層導(dǎo)電層，既可利用樹脂在雙極性集流體基體表面形成一層阻擋膜，防止電解液滲透發(fā)生短路；又可利用導(dǎo)電層中的導(dǎo)電劑均勻的分布在雙極性集流體基體的表面，不僅增加了雙極性集流體基體表面電荷分布的均勻性，同時也大幅度降低正/負(fù)極側(cè)和雙極性集基體之間的接觸電阻，并能提高兩者之間的附著能力，改善電池性能；通過加熱加壓的方式可以使P(VDF-HFP)發(fā)生溶脹，與粘結(jié)劑發(fā)生交聯(lián)，通過冷壓將P(VDF-HFP)凝膠化，達(dá)到減少游離態(tài)電解液的作用；雙極性電極邊緣的密封膠通過熱壓密封，防止雙極性電極邊緣部分短路，增加電池的安全性。

附圖說明

圖1為雙極性鋅離子電池芯體的組裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1所示雙極性鋅離子電池芯體中雙極性電極的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2所示雙極性電極中導(dǎo)電層的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為加深對本發(fā)明的理解，下面將幾個附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。

參考圖1、附圖2和3，雙極性電極的制備實(shí)例如下：

實(shí)施例1

1.將石墨、環(huán)氧樹脂、固化交聯(lián)劑、溶劑按照2%，4%，0.8%，93.2%（wt%）的比例混合攪拌成導(dǎo)電漿料；

2.以一片40um鋁銅復(fù)合箔作為雙極性集流體基體1，將前一步驟制得的導(dǎo)電漿料按照一定的面密度均勻的涂覆在雙極性集流體基體1的正反兩面，烘干，形成10um的導(dǎo)電層2，得到雙極性集流體，其中導(dǎo)電層2中，環(huán)氧樹脂12均勻涂覆于雙極性集流體基體1一側(cè)表面形成一層阻擋膜，石墨11均勻的分布在環(huán)氧樹脂12的表面。

3.將錳酸鋰、碳黑、粘結(jié)劑混于溶劑中，攪拌得到分散均勻的漿料，涂布于導(dǎo)電層2的一側(cè)，烘干，得到正極側(cè)3；然后將鋅粉、碳納米管、粘結(jié)劑、增稠劑混于溶劑中，攪拌得到分散均勻的漿料，涂布于導(dǎo)電層2的另一側(cè)，烘干，得到負(fù)極側(cè)4，所述正極側(cè)3和負(fù)極側(cè)4的厚度相同。

4.輥壓后得到雙極性電極6；當(dāng)然，也可以制成只有雙極性集流體和正極側(cè)3所組成的正極板8或只有雙極性集流體和負(fù)極側(cè)4組成的負(fù)極板9。

實(shí)施例2

本實(shí)施例與實(shí)施例1不同的是，制備導(dǎo)電漿料時，采用單壁碳納米管代替石墨，酚醛樹脂代替環(huán)氧樹脂，固化交聯(lián)劑、溶劑的比例為0.3%，93.7%（wt%）；且以5um鋁鎳復(fù)合箔代替40um鋁銅復(fù)合箔制作雙極性集流體基體1，所形成的導(dǎo)電層2的厚度為0.2um；制作形成正極側(cè)3的漿料采用二氧化錳代替錳酸鋰、碳纖維代替碳黑；制作形成負(fù)極側(cè)4的漿料采用包覆有熱解碳的鋅粉代替鋅粉、石墨和炭黑的混合物代替碳納米管。

實(shí)施例3

本實(shí)施例與實(shí)施例1不同的是，制備導(dǎo)電漿料時，采用石墨、 碳黑、 碳納米管、單壁碳納米管、碳纖維的組合物代替石墨，聚氨脂代替環(huán)氧樹脂，固化交聯(lián)劑、溶劑的比例為0.5%，93.5%（wt%）；且以10um不銹鋼箔代替40um鋁銅復(fù)合箔制作雙極性集流體基體1，所形成的導(dǎo)電層2的厚度為1um；制作形成負(fù)極側(cè)4的漿料采用活性炭代替鋅粉。

實(shí)施例4

本實(shí)施例與實(shí)施例1不同的是，以20um銅箔代替40um鋁銅復(fù)合箔制作雙極性集流體基體1，所形成的導(dǎo)電層2的厚度為5um；制作形成負(fù)極側(cè)4的漿料采用活性炭、鋅粉或包覆有熱解碳的鋅粉的混合物代替鋅粉。

實(shí)施例5

本實(shí)施例與實(shí)施例1不同的是，以30um鎳箔代替40um鋁銅復(fù)合箔制作雙極性集流體基體1。

雙極性鋅離子電池的制備實(shí)施例如下：

實(shí)施例6

1.制備實(shí)施例1中的雙極性電極6；

2.在雙極性電極6邊緣涂上密封膠7，所述密封膠7的厚度與正極側(cè)3（或負(fù)極側(cè)4）的厚度相同；

3.將10um含有純P(VDF-HFP)的涂覆隔膜5位于相鄰的正極側(cè)3和負(fù)極側(cè)4中間，整齊疊加相連，添加適量電解液，形成正極-隔膜-負(fù)極結(jié)構(gòu)，兩端為正極板8和負(fù)極板9，其中電解液注液是在疊加每一層過程中進(jìn)行；

4.通過熱壓密封膠7及兩端的正負(fù)極板，制作電池芯體，然后裝入包裝膜；

5. 完成封裝后的電池芯體，擱置60℃環(huán)境24H，用熱冷壓機(jī)先80℃熱壓2min，壓力0.1MPa，接著20℃冷壓2min，壓力0.5MPa，得到凝聚態(tài)電池，再進(jìn)行化成，最近經(jīng)過最后的外包裝膜密封得到高電壓雙極性鋅離子電池。

實(shí)施例7

本實(shí)施例與實(shí)施例6不同的是，采用實(shí)施例2制備的雙極性電極6，采用陶瓷+P(VDF-HFP)隔膜制備0.2um涂覆隔膜5，以及步驟5不同點(diǎn)是將完成封裝后的電池芯體，擱置45℃環(huán)境48H，用熱冷壓機(jī)先35℃熱壓2min，壓力0.5MPa，接著5℃冷壓2min，壓力0.1MPa。

實(shí)施例8

本實(shí)施例與實(shí)施例6不同的是，采用陶瓷混膠隔膜制備涂覆隔膜5。

上面所述的實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定。在不脫離本發(fā)明設(shè)計構(gòu)思的前提下，本領(lǐng)域普通人員對本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入到本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明請求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。