[发明专利]水系二次电池用抗腐蚀集流体及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种水系二次电池用抗腐蚀集流体及其制备方法和应用，所述水系二次电池用抗腐蚀集流体包括：金属引流体和碳掺杂聚合物膜；所述金属引流体用于所述水系二次电池在充放电过程中电流的承载，所述碳掺杂聚合物膜用于隔绝所述金属引流体与水系电解液的接触，同时将所述电流导入、导出所述金属引流体；所述金属引流体位于两层碳掺杂聚合物膜之间，所述金属引流体的两侧表面分别与所述两层碳掺杂聚合物膜紧密压合，使得所述水系二次电池用抗腐蚀集流体整体呈边缘密闭的三明治结构；其中，所述金属引流体具体由常温电阻率在10^‑10Ω·m到10^‑1Ω·m之间的金属材料或金属合金材料构成。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种水系二次电池用抗腐蚀集流体及其制备方法和应用。

背景技术

水系电池具有成本低，安全，环境友好，溶剂储量丰富等特点。相较于成本更高、易燃、有毒的有机溶剂，水的应用解决了电池的安全问题，同时为大规模储电设备的发展提供了新的思路。并且，非水系电池一般需要在水含量极低的干燥车间生产，相较于水系电池无形中就提高了生产成本，复杂了制造工艺。近年来随着一系列重要研究成果的出现，水的窄热力学窗口(1.23V)也被突破，高电压、高能量密度的水系电池发展前景可期。

但于此同时，水对常用金属或合金集流体的腐蚀会导致集流体各部分性质不均，电阻和极化增大。集流体在水系溶液中发生的电化学反应会降低库伦效率，恶化电池的循环性能，降低活性物质对目标离子的脱嵌，同时污染和损耗电解液。

因此，对于水系二次电池，采用何种技术手段抑制集流体的腐蚀，是本发明着重探讨的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种水系二次电池用抗腐蚀集流体及其制备方法和应用。通过采用边缘密闭的三明治结构的集流体，用碳掺杂聚合物膜将主要承载电流的金属引流体夹在中间，通过碳掺杂聚合物膜的碳掺杂保证了导电性，通过碳掺杂聚合物膜的高分子聚合物膜彻底隔断了金属引流体与水系电解液的接触，以此达到抑制集流体腐蚀，提高库伦效率的目的，有望彻底解决由于集流体腐蚀带来的电池循环性能差的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种水系二次电池用抗腐蚀集流体，包括：金属引流体和碳掺杂聚合物膜；

所述金属引流体用于所述水系二次电池在充放电过程中电流的承载，所述碳掺杂聚合物膜用于隔绝所述金属引流体与水系电解液的接触，同时将所述电流导入、导出所述金属引流体；

所述金属引流体位于两层碳掺杂聚合物膜之间，所述金属引流体的两侧表面分别与所述两层碳掺杂聚合物膜紧密压合，使得所述水系二次电池用抗腐蚀集流体整体呈边缘密闭的三明治结构；

其中，所述金属引流体具体由常温电阻率在10^-10Ω·m到10^-1Ω·m之间的金属材料或金属合金材料构成。

优选的，所述金属材料包括铁、铝、铜、钛、镍、锌、锡、铅、铬、锰、锆、钒、钴、钼、钨、镉、金、银、钯、铂、钽中的一种或几种；所述金属合金材料包括所述金属材料的合金、不锈钢、黄铜、白铁中的一种或几种。

优选的，所述金属引流体的物理结构为箔状、网状或泡沫多孔结构。

优选的，所述碳掺杂聚合物膜在常温下的表面电阻率在1Ω到5000Ω

优选的,所述碳掺杂聚合物膜的厚度在0.01mm到1mm之间。

优选的，所述碳掺杂聚合物膜为碳掺杂的高分子聚合物膜；

其中，掺杂的碳包括：石墨、乙炔黑、科琴黑、炭黑、富勒烯、石墨烯、碳纳米管、无定形碳、碳气凝胶、金刚石、碳纤维或碳六十中的一种或几种；