[发明专利]水系电池及其正极极片

说明书

技术领域

本发明属于电池技术领域，更具体地说，本发明涉及一种水系电池及其正极极片。

背景技术

相比于使用有机电解液的电池，如锂离子电池，水系电池具有低成本、高安全性能等优势，因此在很多领域获得了广泛运用。铅酸电池已经有超过一百年的历史，目前仍然占据电池行业约80％的份额。

水系电池的能量密度比锂离子电池低很多，在对能量密度要求高的领域，水系电池难以胜任，因此提升水系电池的能量密度至关重要。通常，电池的能量密度与电池的放电电压呈正比关系，提升电池的放电电压可以相应提升电池的能量密度。但是，对于水系电池，提升电池的放电电压会大幅降低电池的循环寿命，导致电池的使用成本增加。因为在很高的电压下，正极极片中的导电碳被氧化并生成二氧化碳。导电碳的氧化会导致很多问题，如电池正极的导电性下降，电池内的气体会导致膜片与集流体、极片与电解液之间的接触不良，促使电池加速老化和电池循环性能急速下降。

目前，主要的应对方法包括降低水系电池的电压平台，从而不会导致正极导电碳的氧化。例如，镍氢电池和镍镉电池的电压平台只有1.1V左右，低于水的分解电压(1.23V)。但是，低电压平台会导致电池较低的能量密度，不利于开发高电压体系的水系电池。此外，虽然水的分解能够在一定程度得到抑制，可是导电碳的氧化仍然在缓慢进行，电池的循环性能没有得到显著提升。

有鉴于此，目前的水系电池需要一种能够稳定存在、不与氧气或游离氧反应的导电碳，以提升水系电池的循环性能和能量密度。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种具有理想循环性能和能量密度的水系电池及其正极极片。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种正极极片，其包括正极集流体和分布在正极集流体上的正极膜片，正极膜片含有正极活性材料、粘结剂和导电剂，其中，所述导电剂含有表面包覆一层高分子材料的导电碳。

作为本发明正极极片的一种改进，所述正极活性材料为锂金属复合氧化物。

作为本发明正极极片的一种改进，所述锂金属复合氧化物为锰酸锂、磷酸铁锂、钴酸锂、富锂锰基正极、镍锰钴三元正极、镍锰铝三元正极中的至少一种。

作为本发明正极极片的一种改进，所述高分子材料为常规不导电高分子材料和导电高分子材料中的一种。

作为本发明正极极片的一种改进，所述高分子材料为常规不导电高分子材料，选自聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸、聚氯乙烯中的一种。

作为本发明正极极片的一种改进，所述高分子材料为特种导电高分子材料，选自聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺中的一种。

作为本发明正极极片的一种改进，所述包覆层高分子材料的厚度控制在10nm以下或者在10nm-50nm之间。

为了实现上述发明目的，本发明还提供为了一种水系电池，其包括正极极片、负极极片、隔离膜和水系电解液，其中，所述正极极片为前述正极极片。

相对于现有技术，本发明水系电池及其正极极片具有以下技术效果：

首先，通过对导电碳表面包覆高分子材料并控制包覆层的厚度，使其具有在水系电解液和高电压条件下抗氧化的能力(在水溶液和高电压下保持不被氧化，或者维持极低的氧化速度)，避免了因导电碳的氧化而导致的正极导电性不足所引起的循环性能下降。

正极抗氧化导电网络的存在，使得水系电池正极的寿命得到显著提升，整个水系电池的循环寿命得到显著提升，水系电池的能量密度得到显著改善。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明水系电池进行详细说明，附图中：

图1为本发明水系电池的一个实施方式的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案和技术效果更加清晰，以下结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中给出的实施例只是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。

导电碳包覆

将1-10g包覆层材料溶解于2L溶剂中并与1kg导电碳颗粒混合均匀，其中，包覆层材料可以是聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚吡咯、聚噻吩中的一种，溶剂可以是正己烷、N,N-二甲基吡咯烷酮(NMP)、氯仿、水，酒精中的一种；在低压环境(0.1atm)和加热条件(120℃-160℃)下，溶剂会逐渐蒸发，溶解于溶剂中的包覆层材料会聚集于导电碳颗粒的表面，形成包覆层。

实施例1

正极极片的制作：