[发明专利]一种水系锂（钠）离子电池混合负极材料

说明书

技术领域

本发明属电池技术领域，具体涉及一种水系锂（钠）离子电池电极材料。

背景技术

随着经济不断发展，必然引起石油、煤炭等自然资源枯竭、环境污染及地球温室效应的加重。人类必须把握经济增长、环境保护和能源供给这三位一体的“三E”之间的平衡关系。现在世界上能源每年的消费量折算成石油约为80亿吨，其中90%为化石燃料。按现在的消费速度,大约在100年至200年后便会枯竭。新能源、节能技术及环保技术的综合高效开发和利用，已成为十分紧迫的课题。发展电动汽车势在必行，世界各国积极开发电动汽车，现在作为电动汽车的动力电源主要有二次电池、电化学超电容器和燃料电池等，其中二次电池包括铅酸蓄电池、镍氢电池和有机系锂离子电池。但从成本、安全性、电池性能及环境影响等综合面来衡量，上述电源中没有一种电源能满足电动汽车动力电源的要求。铅酸蓄电池、镍氢、锂离子等二次电池虽有较大的能量密度，但循环寿命较短，大电流充放电性能较差；并且铅酸电池比能量低，铅有毒性；现有锂离子电池由于使用有机电解液存在安全性问题。现有电化学双层电容器虽有长寿命，高输出功率，但能量密度偏小。燃料电池成本高而且输出功率(W/Kg)较小，不能满足起动、加速和爬坡的要求等问题。为解决现有电源的上述问题，加拿大Moli Energy 公司（国际专利号W095/21470）提出了水系锂离子电池，基本概念与现有的有机体系锂离子电池相似，规定正负极均采用锂离子嵌入化合物，如LiMn₂O₄，VO₂, LiV₃O₈, FeOOH等。但在水溶液中，当锂离子嵌入脱嵌过程中达到一定电位时会发生析氢、析氧反应，很难找到只发生锂离子嵌入脱嵌而不发生析氢、析氧的电极对材料。而且此前专利中提到的负极材料循环性能较差，所以水系锂离子电池的循环性很差，往往不能超过几十次。不久以前我们提出过炭包覆磷酸钛锂在除氧条件调节电解液PH值得情况下作为水系锂离子电池负极材料大大提高了水系锂离子电池的循环寿命。但是由于磷酸钛锂的电位比较低，在-0.76V（对饱和甘汞参比电极），析氢问题比较严重，而且磷酸钛锂理论容量比较小。另外我们最近提出了有机化合物作为水系锂离子电池负极材料，例如聚酰亚胺，其理论容量大，电压平台高，但是其导电性较差，必须混合大量导电炭才可以工作，这就导致其比能量较低的问题。当然也有直接使用本身可以导电的碳材料作为负极材料的，例如活性炭，但是其容量低，且电压平台多为倾斜的，这一点不利于实际应用。

发明内容

本发明的目的在于提出一种循环寿命长、电压合适、倍率性能好、比容量大的新型的水系锂（钠）离子电池混合负极材料。

本发明提出一种水系锂（钠）离子电池混合负极材料，其必须包括三种类型材料的混合：离子嵌入型化合物、导电材料、能可逆储存碱金属或碱土金属离子的有机化合物材料；其中：

所述离子嵌入型化合物，包括NASICON结构化合物，例如LiTi₂(PO₄)₃或NaTi₂(PO₄)₃等，还包括LiV₃O₈， V₂O₅，VO₂, TiS₂，Ti₂P₂O₇，Na₂V₆O₁₆，P₂-NaxMeO₂，FeOOH等类似过渡金属氧化物、焦磷酸化合物、硫化物、或者层状结构化合物，还包括这类物质的表面包覆或者掺杂改性材料，其中，掺杂的元素M为Li、Mg、 Cr、 Al、Co、Ni、Mn、Al、Zn、Cu、La离子的一种或几种。表面包覆壳层材料为炭层，Al₂O₃, ZnO, CoO, SiO₂, TiO₂, NiO, LiPON等，壳层质量含量为5-45%。

所述能可逆储存碱金属或碱土金属离子的有机化合物，包括含有醌和杂环醌，或者含有共轭π键及碳氧双键或者杂原子单键的有机化合物或聚合物，例如聚酰亚胺、呋喃、噻吩、吡啶、吡咯，醌，蒽醌单体和含有上述单体的化合物、高分子聚合物。