[发明专利]水系离子软包电池及其制备方法

说明书

本申请公开了一种软包离子电池，包括壳体和设置于壳体内的正极片、负极片、隔膜和电解液；所述电解液为含有电解质的水溶液；所述电解液置于所述壳体内，并与正极和负极接触；所述正极片、隔膜和负极片依次层叠；所述正极包括正极活性物质和集流体；所述正极活性物质压入所述集流体的网络结构中；所述正极活性物质包括锰酸锂；所述负极包括负极活性物质和集流体；所述负极活性物质压入所述集流体的网络结构中；所述负极活性物质包括聚酰亚胺。首次将该水系离子电池应用于软包电池中。

技术领域

本申请涉及一种水性离子软包电池，属于储能领域。

背景技术

水系锂离子电池是以水为基础的电池体系。尽管水系电池的能量密度低于传统有机系锂离子电池，但可接近现有水系二次电池(如铅酸、镉镍电池)，同时具有高度安全、对环境友好、低成本等优势，因而逐渐受到重视，非常适合大规模储能市场。在系统层面，水系电解液完全不起火不爆炸，无需复杂的电池管理系统和热管理系统，可进一步节省成本。目前商业化使用的储能电池主要是铅酸电池和磷酸铁锂或三元动力电池。其中，铅酸电池寿命短，高污染。其负极使用金属铅(Pb)，反应过程中生成硫酸铅(PbSO₄)钝化层导致容量衰减，循环寿命只有300圈。磷酸铁锂或三元动力电池均使用有机电解液，易燃爆炸安全性低，同时，因其使用镍钴锰铁等金属，成本上不具有优势。这几种电池均满足不了储能领域特殊的需求(如高度安全、超长循环寿命、低成本等)。

目前水系电池的工业化应用较少报道，适合水系电池的新材料更多用于纽扣电池和方壳电池。使用新型的负极材料，包括聚酰亚胺类负极材料的软包类水系锂离子电池的应用还鲜有报道。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种软包离子电池。目前水系锂离子电池的外形为小纽扣电池和方壳电池，鲜有便于操作与制备的软包电池设计。水系电池的电极制备工艺不成熟，集流体的选择范围很少，材料转移到极片上没有较好的解决方案。传统的涂布工艺在水性电解液中不完全适用。水系锂离子电池存在漏液，封装部位的水溶液电解液导致封装不严密等诸多问题。本申请设计了全新的水系锂离子软包电池以及该电池的外观，尺寸和容量等参数。研究了聚酰亚胺有机负极和锰酸锂正极的水系软包电池的制作工艺。包括电极制备的新工艺：电极模切、注液和封装等工艺参数。研究了含萘基聚酰亚胺有机材料的负极和锰酸锂正极在软包水系电池中的应用参数，包括电极材料的使用质量，配比等。优化了工艺流程，包括无需传统锂电池的化成，预封装，Degassing等流程。

本申请使用含有萘环的聚酰亚胺类材料作为负极，锰酸锂作为正极，硫酸锂水溶液作为电解液，首次将该系统用于水系软包电池，得到了优异的性能，并对水系电池电极的极片制备和封装等工艺进行了探索。含有萘环聚酰亚胺类有机材料，可以在水系锂离子电池和水系液流电池中工作，该有机材料重复单元中具有一个萘环，和两个酰亚胺结构与四个羰基官能团。其中羰基官能团具有电化学活性，可吸附和脱附锂离子从而贡献容量。与现有使用的水系电池负极材料相比，该类电池负极材料的能量和功率指标都毫不逊色，甚至在成本、低温性能、过充性能等方面更胜一筹，在水系电池发展中将会是一个大的突破。此外，其价格廉价、原料资源近乎无限，而借助更优化的分子结构设计和正极材料搭配，电池比能量可以取得超过成倍的提高。

常用的水系电池负极材料为磷酸钛钠及其复合钠离子材料，其比容量较低，无法满足高能量密度的发展需求，例如专利：CN1328818C/CN105322241A/CN 108075131A中的水系电池。

所述水系离子软包电池，其特征在于，包括壳体和设置于壳体内的正极片、负极片、隔膜和电解液；

所述电解液为含有电解质的水溶液；所述电解液置于所述壳体内，并与正极和负极接触；

所述正极片、隔膜和负极片依次层叠；

所述正极包括正极活性物质和集流体；所述正极活性物质压入所述集流体的网络结构中；

所述正极活性物质包括锰酸锂；