[发明专利]一种基于Nay

说明书

本发明涉及一种基于Na_yNi_xMn_1‑xO₂结构富钠层状化合物正极的水系储能电池，所述水系储能电池由正极片、负极片、隔膜及具有离子导电性的水系电解液组成，所述正极片包括质量百分比为60～85wt%的正极活性物质，所述正极活性物质的通式为Na_yNi_xMn_1‑xO₂，其中0＜x≤0.5，0.44≤y≤0.67。本发明采用可脱嵌钠（锂）离子、低成本的Na_yNi_xMn_1‑xO₂结构富钠层状化合物作为正极活性材料应用在水系电池中，构建了一种新型的水系储能电池体系。该体系具有较高的电压平台，比能量高，绿色环保，安全无污染等优点，可以为大规模储能提供一种价格低廉、环保安全的电化学储能体系。

技术领域

本发明涉及一种水系储能电池，属于二次电池领域，也属于能源材料技术领域。

背景技术

随着社会的发展，能源和环境问题越来越受到关注，新能源的需求将持续增长，化石能源和对环境造成的破坏使关注点转为风能、太阳能等这些可再生资源。然而，太阳能和风能受到自然条件的限制具有间歇性、不稳定和不可控等特点，需要开发和建设配套的电能储存装置来保证发电、供电的连续性和稳定性。因此，大规模储能技术是大力发展太阳能、风能等可再生能源利用和智能电网的关键。

目前，大规模储能技术存在多种技术路线，如铅酸电池、液流电池、钠硫电池以及锂离子电池等，它们都曾被考虑作为可能的电网储能设备。然而这些电池体系存在成本高昂、资源有限、长期循环寿命差、安全性差等固有缺陷，无法满足实际需要。近年来，水系可充钠(锂)离子二次电池体系得到了极大的关注，该体系采用水溶液为电解液，成本低廉，安全性高，具有明显的环保优势，属于绿色环保的新型电池，必将成为未来新能源储能领域重点发展和支持的新型绿色电池体系。

中国专利授权公告号CN1328818C公开了一种混合型水系锂离子电池，其正极材料采用LiMn₂O₄、LiCoO₂、LiCo_1/3Ni_1/3Mn_1/3O₂等富锂化合物，负极则采用高比表面积的活性炭或介孔碳，该电池体系的正负极材料价格昂贵，且负极活性炭的比容量较低。专利CN105322241A则采用了磷酸钛钠作为负极材料，而正极材料仍选用富锂化合物LiMn₂O₄，虽然降低了负极材料的成本，但昂贵的正极材料依然严重制约着水系电池的发展和应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有水系储能电池正极材料的成本问题，提供一种由正负极均为可脱嵌钠(锂)离子的含钠材料组成的水系储能电池。

一方面，本发明提供了一种基于富钠层状化合物正极的水系储能电池，其特征在于，所述水系储能电池由正极片、负极片、隔膜及具有离子导电性的水系电解液组成，所述正极片包括质量百分比为60～85wt％的正极活性物质，所述正极活性物质的通式为Na_yNi_xMn_1-xO₂，其中0＜x≤0.5，0.44≤y≤0.67。

本发明采用可脱嵌钠(锂)离子、低成本的富钠层状化合物Na_yNi_xMn_1-xO₂(0x≤0.5；0.44≤y≤0.67)作为正极活性材料应用在水系电池中，构建了一种新型的水系储能电池体系。在充电过程中，钠离子从正极脱出至电解液，电解液中的钠离子又嵌入负极中，储存电子，放电过程中，从正极脱出的部分钠离子又嵌入到正极，同时电解液中部分锂离子也嵌入到正极，负极中嵌入的钠离子则脱出到电解液中，释放电子。该体系具有较高的电压平台，比能量高，绿色环保，安全无污染等优点，可以为大规模储能提供一种价格低廉、环保安全的电化学储能体系。