[发明专利]一种中性锌锰电池高利用率氧化锰电极的结构与制备方法

说明书

本发明涉及中性锌锰电池高利用率氧化锰电极的结构，包括多孔导电集流体基底和压制在该基底上的高堆积密度的氧化锰复合材料，电极厚度为3‑10mm，集流体基底和氧化锰复合材料的质量比为1：(5‑20)；多孔导电集流体基底为不锈钢网、发泡碳、炭毡或炭纸；氧化锰复合材料由氧化锰、稳定剂、导电剂、强化剂以及粘结剂或交联剂分散在溶剂中组成。本发明的有益效果是：本发明在氧化锰材料中加入稳定剂、导电剂、强化剂、粘结剂或交联剂，通过辊压或模具压片等工艺制备多孔氧化锰厚电极，有效改善了当前氧化锰材料制备的极片堆积密度低、孔隙率低、电子和离子传导性能差等弊端。

技术领域

本发明属于中性锌锰电池技术领域，具体涉及一种高利用率氧化锰多孔厚电极的结构与制备方法。

背景技术

目前在能源危机和环境污染这两大国际背景下，绿色环保的新型能源技术开发将变得日益迫切。作为一种新型能源技术，锂离子电池被广泛应用于电子设备、交通工具等众多领域，但是由于锂资源成本较高、安全性能差等弊端，发展比能量高、安全性能好、成本低的新型储能电池将成为重点研究方向。

可充电的水系锌/氧化锰电池采用金属锌作为负极，理论比容量可达819mAh g^-1，可以有效提高全电池的能量密度，正极采用氧化锰材料，具有成本低廉、环境友好、安全性高和比容量高等特点，具有广阔的应用前景。

中国发明专利CN101783419A提出了一种可以在含有锌离子的中性电解液下工作的锌锰电池，相对于传统的碱性锌锰而言，该电池可以极大地缓解强碱性环境对极片的腐蚀和析气等副作用，改善电池的使用寿命。Pan(Pan,H.L.；Shao,Y.Y.；Yan,P.F.；Cheng,Y.W.；Han,K.S.；Nie,Z.M.；Wang,C.M.；Yang,J.H.；Li,X.L.；Bhattacharya,P.；Mueller,K.T.；Liu,J.Nature Energy 2016,1,(5),16039.)等发现在中性电解液体系中添加一定浓度的锰离子可以有效改善锌/氧化锰电池的电化学稳定性。

但是，正极氧化锰极片的导电性、堆积密度和表面积等因素对锌离子电池的倍率性能、循环稳定性和比能量特性等具有很大的影响。目前根据相关文献和专利报道，可以在中性电解液体系中正常工作的锌锰电池正极基本都采用的是涂布式或者电沉积式极片，但是由于极片单位面积上的氧化锰负载量较低，导致全电池的能量密度较低，影响了该电池的产业化应用。因此，对氧化锰正极极片进行改性优化，提高材料的堆积密度和负载量，同时保证材料的多孔特性和高导电性能，将有效提升锌/氧化锰电池的整体性能。