[发明专利]一种以锂盐与钠盐为电极材料的新型水系二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，特别是涉及一种以锂盐与钠盐为电极材料，锂离子和钠离子混合水溶液为电解液的新型可充放电水系电池。

技术背景

随着科技的不断发展，对传统能源的消耗日益增大，化石燃料的日渐枯竭，要求人类必须将研究重点转移到新能源领域中来。自1990年锂离子电池的商业化以来，锂离子电池的发展突飞猛进，传统有机体系的锂离子电池具有比容量高，循环稳定性好等优点。但是，锂资源在地壳的存量仅为0.0065％，因此锂离子电池的价格将会越发昂贵，并且传统有机体系的锂离子电池存在一定的安全隐患，并且在较大电流充放电下的性能较差。因此开发一种新型绿色安全环保且廉价的电池十分有必要。水系锂离子电池的基本工作原理与现有的有机体系锂离子电池相似，但是在水相电解液中，水的分解电压是比较大的障碍，必须确保在正负极脱嵌锂离子的过程中，水溶液不发生析氢，析氧反应，因此鲜有材料可以作为水系锂离子电池的正负极，并且该专利中涉及的负极材料的循环性能较差，从而导致水系锂离子电池整体的循环稳定性较差。另外正负极以锂盐为电极材料的全电池依然没有解决锂资源日渐匮乏的问题。钠资源在地壳的存量较丰富(2.74％)，价格低廉，并且钠与锂在元素周期表中属于同一主族，有着相似的理化性质，因此采用钠盐作为电极材料代替一部分锂盐具有非常好的发展前景。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种以锂盐与钠盐为电极材料，以锂离子和钠离子混合水溶液为电解液的新型可充放电水系电池。本发明所采用的技术方案是：采用地球含量较多的且与锂离子具有相近理化性质的钠离子作为锂离子的替代品，设计了一种以锂盐与钠盐为电极材料的新型可充放电混合水系电池。

本发明提出的技术方案为：一种以锂盐与钠盐为电极材料的新型可充放电水系电池，由正极膜、负极膜、介于两者之间的隔膜及具有离子导电性的电解液组成，所述正极膜与负极膜采用目前锂离子与钠离子电池的电极材料，电解液采用锂离子和钠离子的混合水溶液。

本发明中的新型可充放电混合水系电池的工作原理与现有的有机系锂离子电池、水系可充锂离子电池及水系可充钠离子电池的工作原理类似。充电时，Na⁺(Li⁺)从正极材料中脱出，电解液中的Na⁺(Li⁺)嵌入负极材料中；放电时，Na⁺(Li⁺)再从负极材料脱出，电解液中的Na⁺(Li⁺)嵌入正极材料中，同时释放电能。

本发明使用改性过的钠掺杂锰酸锂(Li_1-xNa_xMn₂O₄)作为正极，碳复合的磷酸钛钠(NaTi₂(PO₄)₃/C)作为负极，硫酸锂(Li₂SO₄)和硫酸钠(Na₂SO₄)水溶液的混合电解液构建了一种以锂盐与钠盐为电极材料的新型可充放电水系电池。该体系有改善了锂离子水系电池的循环稳定性，并且绿色清洁，安全环保，成本相对低廉，是一种新颖的储能二次电池。它用途广泛，可以使用于大型的储能电站用于便携式设备的移动电源用于电动汽车和混合电车等领域。而且工艺流程简单，组装环境相对宽松，成本也相当低廉。

附图说明

图1为钠掺杂锰酸锂(Li_1-xNa_xMn₂O₄)正极材料在混合电解液中的倍率性能曲线。

图2为碳复合磷酸钛钠(NaTi₂(PO₄)₃/C)负极材料在混合电解液中的倍率性能曲线。

图3为钠掺杂锰酸锂(Li_1-xNa_xMn₂O₄)与碳复合磷酸钛钠(NaTi₂(PO₄)₃/C)体系全电池的充放电曲线。

具体实施方式