CN216435934U - 一种水系锌基电池复合型负极 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及水系锌基电池复合型负极，包括集流体、锌金属活性物质层和修饰层，集流体两侧附着有锌金属活性物质层，锌金属活性物质层外侧附着有修饰层；集流体与其两侧的锌金属活性物质层通过焊接、辊压、电镀或热熔的方式结合；修饰层通过涂布、挂浆或印刷的方式涂覆在锌金属活性物质层外侧。本实用新型的有益效果是：本实用新型的复合型负极极片中间夹有耐腐蚀性优于锌的金属集流体导电层，且有致密的非混合型的锌层，既不会产生像锌箔类负极腐蚀断裂、蚀孔等问题，也不会产生像锌粉涂层类负极的析气、粉化问题，能良好的用于水系锌基电池。

Description

一种水系锌基电池复合型负极

技术领域

本实用新型涉及二次电池生产及制造领域，尤其涉及一种水系锌基电池复合型负极。

背景技术

可再生能源主要以发电为主，风能发电、太阳能发电、水电站发电是最主要的可再生电力能源的来源，以上几种能源均需要配置一定量的储能电站来保证电力长时间稳定的输出；而且电力价格一直存在着较大的峰谷差，这也促进了储能电站的需求。

储能电站按其能源储用来源不同主要有物理储能、化学储能及混合型储能。最常见的是化学储能，而化学储能中最常见的是电池储能，其常见电池主要有锂电池、铅酸电池、液流电池等，以上均存在着各自的优缺点。锂电池具有能量密度高、能量效率高的优点，但是其安全性比较低、成本高且需要复杂苛刻的电池管理***；而铅酸电池寿命短、污染严重，液流电池具有长效长寿面的特点但其运行维护复杂，市占率较低。

综合以上各种电池优缺点，化学储能电站急需一种本质安全、环保、免维护、低成本的电池，目前该类电池中以水系锌基电池最容易满足以上各项需求，但目前水系锌基电池尚在研发阶段，无较为成熟的产品面世。

水系锌基电池所使用的负极为锌金属负极，现行多数在用的负极主要有两类：一类以锌箔为基材进行制备，其存在极耳腐蚀断裂、负极主体部分出现蚀孔等问题；另一类是以在非锌箔材上附着锌粉涂层的方式制备，其存在活性物质粉化、析气严重等现象。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种水系锌基电池复合型负极。

这种水系锌基电池复合型负极，包括集流体、锌金属活性物质层和修饰层，集流体两侧附着有锌金属活性物质层，锌金属活性物质层外侧附着有修饰层。

作为优选：集流体材质可以是铜箔、镍箔、不锈钢箔或钛箔等材质，其厚度为0.005-0.5mm；锌金属活性物质层材质可以是锌箔、锌网或泡沫锌等材质，其厚度为0.005-5mm。

作为优选：集流体与其两侧的锌金属活性物质层可以通过焊接、辊压、电镀或热熔等方式通过范德华力、分子力等紧密结合在一起，形成三层合一的复合型结构。

作为优选：修饰层通过涂布、挂浆或印刷的方式涂覆在锌金属活性物质层外侧，来增加负极的单位面积锌沉积量。

作为优选：该三层合一的复合型结构的负极通过连续生产制备成长带状收卷获得料卷(即集流体呈长带状结构)，用于后续的连续生产处理。

作为优选：修饰层材质是导电碳类、金属粉类、非导电性隔层中的一层或多层的混合。导电碳类是导电炭黑、石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯等中的一种或多种；金属粉是铜粉、镍粉、铋粉等活性低于锌粉的粉末；非导电性隔层是氧化硅粉、氧化铝粉、陶瓷粉、高岭土、吸水树脂等化学性质稳定的粉体。

作为优选：根据使用场景不同，如需要制备能量密度较高、无长循环寿命要求的电池，以上负极可以进行分切、裁切等，获得极片并制备电池；如需要长循环寿命要求的电池，可使用修饰层通过一次或多次涂布、挂浆、印刷等方式涂覆到锌金属活性物质层上。

作为优选：上面所获得的带修饰层的复合型负极极卷，通过分切、模切、裁切等工艺获得指定形状、尺寸的极片，用于卷绕或者叠片等工艺制备电池。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的复合型负极极片中间夹有耐腐蚀性优于锌的金属集流体导电层，且有致密的非混合型的锌层，既不会产生像锌箔类负极腐蚀断裂、蚀孔等问题，也不会产生像锌粉涂层类负极的析气、粉化问题，能良好的用于水系锌基电池。

附图说明

图1是复合型负极极片片段平面图(无极耳区)；

图2是复合型负极极片片段平面图(带极耳区)；

图3是无极耳区的复合型负极极片截面示意图(其中图3a是无修饰层的无极耳区的复合型负极极片截面示意图，图3b是带修饰层的无极耳区的复合型负极极片截面示意图)；

图4是带极耳区的复合型负极极片截面示意图(其中图4a是无修饰层的带极耳区的复合型负极极片截面示意图，图4b是带修饰层的带极耳区的复合型负极极片截面示意图)；

图5是冲切后的复合型负极极片外形示意图。

附图标记说明：集流体1、锌金属活性物质层2、修饰层3。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

实施例一

将300mm宽度100um厚的铜箔作为中间层两边放置300mm宽度500um厚的锌箔通过热辊压的方式压合到一起，获得总厚度为1100um的厚复合金属。

将上面得到的厚复合金属经过多次辊压及切毛边获得宽度300mm总厚度110um的复合集流体，其中中间铜箔厚10um，两侧锌箔厚度均为50um。其表面状态如图1所示，截面状态如图3a所示。

将上面获得的复合带材，收卷成卷后进行分切加工，获得30mm宽度的带材极片，可以用于焊接极耳、贴胶、卷绕等工序获得卷绕电芯。

实施例二

将300mm宽度100um厚的铜箔作为中间层两边放置300mm宽度500um厚的锌箔通过热辊压的方式压合到一起，获得总厚度为1100um的厚复合金属。

将上面得到的厚复合金属经过多次辊压及切毛边获得宽度300mm总厚度110um的复合集流体，其中中间铜箔厚10um，两侧锌箔厚度均为50um。

将上面获得的复合带材，通过涂布的方式满尺寸涂覆一层导电碳修饰层，获得其截面状态如图3b所示。

将上面获得的复合带材，收卷成卷后进行分切加工，获得30mm宽度的带材极片，可以用于焊接极耳、贴胶、卷绕等工序获得卷绕电芯。

实施例三

将300mm宽度10um厚的铜箔靠两边缘，上下两面各贴10mm宽度的塑料胶纸，共四条。

将上面得到的带胶纸铜箔经过带式镀锌槽，通电电镀方式，在其表面获得一层厚度为15um 的电镀锌层；而铜箔靠两边缘上下两面因胶纸的保护，没有被电镀上锌，这样便获得了具有锌、铜、锌三层复合结构的负极。

上面获得的带材，经过干燥后，将边缘的四条塑料胶纸撕除，铜箔裸露，收卷获得复合型负极料卷。其表面状态如图2所示，截面状态如图4a所示。

将上面获得的复合带材卷，收卷成卷后进行模切加工，获得本体138*100mm的带10*20mm 极耳的极片，其结构如图5所示，可以用于叠片工艺获得电芯。

实施例四

将300mm宽度10um厚的铜箔靠两边缘，上下两面各贴10mm宽度的塑料胶纸，共四条。

将上面得到的带胶纸铜箔经过带式镀锌槽，通电电镀方式，在其表面获得一层厚度为15um 的电镀锌层；而铜箔靠两边缘上下两面因胶纸的保护，没有被电镀上锌，这样便获得了具有锌、铜、锌三层复合结构的负极。

上面获得的带材，经过干燥后，收成卷状。

将上面获得的复合带材，通过涂布的方式满尺寸涂覆一层导电碳修饰层后再涂覆一层薄的氧化铝陶瓷层，干燥后将边缘的四条塑料胶纸撕除，铜箔裸露，收卷获得复合型负极料卷。其表面状态如图2所示，截面状态如图4b所示。

将上面获得的复合带材极片卷进行模切加工，获得本体138*100mm的带10*20mm极耳的极片，其平面结构如图5所示，可以用于叠片工艺获得电芯。

本实用新型的复合型负极，可以避免使用纯锌箔作为负极在循环过程中产生极耳腐蚀断裂、负极主体部分出现蚀穿等现象，大大提高了锌箔类负极水系电池的循环寿命。

Claims (6)

1.一种水系锌基电池复合型负极，其特征在于：包括集流体(1)、锌金属活性物质层(2)和修饰层(3)，集流体(1)两侧附着有锌金属活性物质层(2)，锌金属活性物质层(2)外侧附着有修饰层(3)。

2.根据权利要求1所述的水系锌基电池复合型负极，其特征在于：集流体厚度为0.005-0.5mm。

3.根据权利要求1所述的水系锌基电池复合型负极，其特征在于：锌金属活性物质层厚度为0.005-5mm。

4.根据权利要求1所述的水系锌基电池复合型负极，其特征在于：集流体与其两侧的锌金属活性物质层通过焊接、辊压、电镀或热熔的方式结合。

5.根据权利要求1所述的水系锌基电池复合型负极，其特征在于：修饰层通过涂布、挂浆或印刷的方式涂覆在锌金属活性物质层外侧。

6.根据权利要求1所述的水系锌基电池复合型负极，其特征在于：集流体呈长带状结构。

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