通过夹层改善锌-二氧化锰电池的性能的制作方法

技术特征：
1.一种电池，包括：电池壳体；阴极，所述阴极包括阴极电活性材料，其中所述阴极电活性材料包括二氧化锰、二氧化锰的多晶型物，或它们的组合；阳极，所述阳极包括阳极电活性材料；电解质；和导电夹层，其中，所述阴极、所述阳极、所述电解质和所述导电夹层设置在所述电池壳体内，其中，所述导电夹层设置在所述阳极和所述阴极之间；其中，所述导电夹层包括(i)粘结剂和(ii)导电碳、金属氢氧化物、金属氧化物，或它们的组合。2.根据权利要求1所述的电池，其中，所述导电夹层接触所述阴极。3.根据权利要求1所述的电池，其中，所述阴极进一步包括导电碳和/或粘结剂；其中所述阴极的导电碳与所述导电夹层的导电碳相同或不同；其中所述阴极的粘结剂与所述导电夹层的粘结剂相同或不同。4.根据权利要求1所述的电池，其中，所述二氧化锰包括：α-二氧化锰、β-二氧化锰、γ-二氧化锰、λ-二氧化锰、ε-二氧化锰、δ-二氧化锰(水钠锰矿)、化学改性二氧化锰、斜方锰矿、电解二氧化锰(emd)中的至少一种，以及它们的任何组合。5.根据权利要求1所述的电池，其中，所述导电夹层压制在所述阴极上。6.根据权利要求1所述的电池、其中，所述粘结剂包括聚四氟乙烯、纤维素类水凝胶、聚乙烯醇，或它们的组合。7.根据权利要求8所述的电池，其中，所述纤维素类水凝胶包括：甲基纤维素(mc)、羧甲基纤维素(cmc)、羟丙基纤维素(hpc)、羟丙基甲基纤维素(hpmc)、羟乙基甲基纤维素(hemc)、羧甲基羟乙基纤维素、羟乙基纤维素(hec)中的至少一种，以及它们的任何组合。8.根据权利要求8所述的电池，其中，所述纤维素类水凝胶与聚合物交联，所述聚合物选自由聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚苯胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚偏二氟乙烯、聚吡咯，以及它们的任何组合组成的组。9.根据权利要求1所述的电池，其中，所述导电碳包括：timrex初级合成石墨，timrex天然鳞片石墨，timrex mb、mk、mx、kc、b、lb级timrex分散体；enasco 150g、210g、250g、260g、350g、150p、250p；super p、super p li、炭黑、乙炔黑、碳纳米管、单壁纳米碳管、多壁碳纳米管、石墨烯、石墨炔、氧化石墨烯、zenyatta石墨，或它们的组合。10.根据权利要求1所述的电池，其中，所述金属氢氧化物包括氢氧化镍、氢氧化铜、氢氧化钙、氢氧化铟、氢氧化铝、氢氧化钡、氢氧化钴中的至少一种，以及它们的任何组合。11.根据权利要求1所述的电池，其中，所述金属氧化物包括铜氧化物、氧化镍、氧化铋、氧化铟中的至少一种，以及它们的任何组合。12.根据权利要求1所述的电池、其中，所述导电夹层包括聚合膜，所述聚合膜具有分散于其中的导电碳、金属氢氧化物、金属氧化物，或它们的组合。13.根据权利要求1所述的电池，其中，所述导电夹层包括聚合膜，且其中所述聚合膜包括聚乙烯醇、聚丙烯酸、纤维素，或它们的组合。14.根据权利要求1所述的电池，其中，基于所述导电夹层的总重量，所述导电夹层包括
1～99wt％的粘结剂，和1～99wt％的导电碳、金属氢氧化物、金属氧化物，或它们的组合。15.根据权利要求1所述的电池，其中，所述导电夹层提供用于增大所述电池的工作电压窗口、限制锰溶出、限制非活性相形成，以允许获得二氧化锰的高放电深度，或它们的组合。16.根据权利要求1所述的电池，其中，基于所述阴极的总重量，所述阴极包括50～90wt％的二氧化锰、10～50wt％的导电碳以及0～10wt％的粘结剂。17.根据权利要求1所述的电池，其中，所述阳极包括锌，并且其中所述锌包括金属锌或锌粉末。18.根据权利要求17所述的电池，其中，所述锌粉末与氧化锌以及粘结剂混合；并且其中所述阳极的粘结剂与所述导电夹层的粘结剂相同或不同。19.根据权利要求1所述的电池，其中，所述阳极包括至少50wt％的锌，并且其中所述锌包括金属锌或氧化锌。20.根据权利要求1所述的电池，其中，所述阳极包括锌、铁、铝、锂、镁，或它们的组合。21.根据权利要求1所述的电池，其中，所述阳极电活性材料为粉末、箔、网、泡沫、海绵、穿孔箔，或它们的组合。22.根据权利要求1所述的电池，其中，所述阳极包括导电碳，其中所述导电碳与所述阳极电活性材料混合，且其中所述碳包括石墨、碳纤维、炭黑、乙炔黑、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、涂镍碳纳米管、涂铜碳纳米管、单壁碳纳米管的分散体、多壁碳纳米管的分散体、石墨烯、石墨炔、氧化石墨烯，以及它们的组合。23.根据权利要求1所述的电池，其中，所述阳极包括添加剂和/或掺杂剂，且其中所述添加剂和/或掺杂剂包括：铋、氧化铋、铟、氧化铟、氢氧化铟、十六烷基三甲溴化铵、十二烷基硫酸钠、氢氧化钙、十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇、氧化锌，或它们的组合。24.根据权利要求1所述的电池，其中，基于所述阳极的总重量，所述阳极包括1～100wt％的阳极电活性材料、0～10wt％的导电碳、0～30wt％的添加剂和/或掺杂剂，和0～10wt％的粘结剂。25.根据权利要求1所述的电池，其中，所述电解质包括碱性氢氧化物，所述碱性氢氧化物选自由氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铯、氢氧化铷、氢氧化锂，或它们的组合组成的组。26.根据权利要求1所述的电池，进一步包括设置在所述阴极和所述阳极之间的聚合隔膜。27.一种电池，包括：电池壳体；阴极，所述阴极包括阴极电活性材料、涂覆有金属层的导电碳、粘结剂，以及添加剂或掺杂剂；阳极，所述阳极包括阳极电活性材料；电解质；以及导电夹层，其中，所述阴极、所述阳极、所述电解质和所述导电夹层设置在所述电池壳体内；其中，所述阴极电活性材料包括二氧化锰、二氧化锰的多晶型物，或它们的组合；其中，所述导电夹层接触所述阴极；以及
其中，所述导电夹层包括(i)粘结剂和(ii)导电碳、金属氢氧化物、金属氧化物，或它们的组合。28.根据权利要求27所述的电池，其中，所述添加剂或掺杂剂包括铋、铋化合物、氧化铋、铜、铜化合物、铜氧化物、铟、氢氧化铟、氧化铟、铝、氧化铝、镍、氢氧化镍、氧化镍、银、氧化银、钴、氧化钴、氢氧化钴、铅、氧化铅、二氧化铅、醌，或它们的组合。29.根据权利要求27所述的电池，其中，所述添加剂或掺杂剂包括铋、铋化合物、铜、铜化合物，或它们的任何组合。30.根据权利要求29所述的电池，其中，所述铋化合物包括氧化铋。31.根据权利要求29所述的电池，其中，所述铜化合物包括铜铝氧化物、铜(i)氧化物、铜(ii)氧化物，或它们的任何组合。32.根据权利要求29所述的电池，其中，所述铜为粉末形式和/或制造成网、箔、线、锭的金属形式，或它们的任何组合。33.根据权利要求27所述的电池，其中，所述阴极电活性材料包括二氧化锰的水钠锰矿多晶型物；其中所述二氧化锰的水钠锰矿多晶型物通过非原位合成或通过原位合成提供；且其中所述原位合成包括基本上完全放电和充电所述二氧化锰以获得第2电子容量的更高放电深度。34.根据权利要求27所述的电池，其中，所述阳极包括锌，并且其中所述锌包括金属锌或锌粉末。35.根据权利要求27所述的电池，其中，基于导电夹层的总重量，所述导电夹层包括1～99wt％的粘结剂，和1～99wt％的导电碳、金属氢氧化物、金属氧化物，或它们的组合。36.根据权利要求27所述的电池，其中，所述金属层包括镍、铜、锡、铝、钴、银、镍磷合金，或它们的组合。37.根据权利要求27所述的电池，其中，所述金属氢氧化物包括氢氧化镍、氢氧化铜、氢氧化钙、氢氧化铟、氢氧化铝、氢氧化钡和氢氧化钴中的至少一种，以及它们的任何组合；且其中所述金属氧化物包括铜氧化物、氧化镍、氧化铋、氧化铟中的至少一种，以及它们的任何组合。38.一种用于形成电池的方法，所述方法包括：将粘结剂与导电碳、金属氢氧化物、金属氧化物或它们的组合结合以形成导电夹层；将所述导电夹层设置成与阴极接触，其中，所述阴极包括阴极电活性材料，所述阴极电活性材料包括二氧化锰、二氧化锰的多晶型物，或它们的组合；将所述阴极和所述导电夹层设置在电池壳体内；将阳极设置在电池壳体内；以及将电解质设置在所述电池壳体内以形成所述电池。39.根据权利要求38所述的方法，还包括将隔膜设置于所述电池壳体内的所述阳极和所述阴极之间。40.根据权利要求38所述的方法，其中，所述二氧化锰包括：α-二氧化锰、β-二氧化锰、γ-二氧化锰、λ-二氧化锰、ε-二氧化锰、δ-二氧化锰(水钠锰矿)、化学改性二氧化锰、斜方锰矿、电解二氧化锰(emd)中的至少一种，以及它们的任何组合。41.根据权利要求38所述的方法、其中，所述阳极包括至少50wt％的锌。
42.根据权利要求38所述的方法，其中，所述粘结剂为与聚合物交联的纤维素类水凝胶，所述聚合物选自由聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚苯胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚偏二氟乙烯、聚吡咯，以及它们的任何组合组成的组。43.根据权利要求38所述的方法，进一步包括：在恒电流模式下循环所述电池。44.根据权利要求38所述的方法，其中，所述金属氢氧化物包括氢氧化镍、氢氧化铜、氢氧化钙、氢氧化铟、氢氧化铝、氢氧化钡和氢氧化钴中的至少一种，以及它们的任何组合；且其中所述金属氧化物包括铜氧化物、氧化镍、氧化铋、氧化铟中的至少一种，以及它们的任何组合。

技术总结
一种一次或可再充电的电池，包括：电池壳体；阴极，阴极包括阴极电活性材料、导电碳和粘结剂；阳极，阳极包括阳极电活性材料；电解质；以及导电夹层；其中，阴极、阳极、电解质和导电夹层设置在电池壳体内。阴极电活性材料包括二氧化锰、它的任何多晶型物，或它们的组合。阴极被配置为获得阴极电活性材料的第1电子容量的20～100％。导电夹层接触阴极。导电夹层包括(i)粘结剂和(ii)导电碳、金属氢氧化物、金属氧化物，或它们的组合。或它们的组合。或它们的组合。


技术研发人员：乔达摩
受保护的技术使用者：城市电力公司
技术研发日：2021.04.16
技术公布日：2023/2/13