[发明专利]一种双离子电池无锂负极材料、制备方法及双离子电池

说明书

本发明提供一种双离子电池无锂负极材料、制备方法及双离子电池。一种双离子电池无锂负极材料的制备方法，包括以下步骤：将银盐、导电盐、配位剂和添加剂溶解于水中，得到电镀液，并加入氢氧化钾溶液调节该电镀液的pH值，然后将负极集流体放置于电镀液中作为阴极，并以Pt板为阳极进行电沉积后，得到无锂负极材料。此制备方法简单、原材料便宜且条件可控。一种双离子电池无锂负极材料，包括无锂负极活性材料，该无锂负极活性材料包括银材料。此无锂负极材料具有更高的电化学稳定性和安全性。此外本发明还涉及一种双离子电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，负极包括负极集流体以及无锂负极材料。该双离子电池电化学性能好且安全性能高。

技术领域

本发明涉及电化学储能技术领域，且特别涉及一种双离子电池无锂负极材料、制备方法及双离子电池。

背景技术

目前，整个社会都处于现代电力的时代，能源是人们赖以生存和发展的物质基础，随着人们生活质量和需求的日益提高，对于能源的需求也逐渐紧迫，发展可持续的能源储存技术对保持稳定的能源供应显得尤为重要。在众多不同的能源储存和转化系统中，电化学储能(电池)因其作为清洁、高效和安全的能源储存和转化系统引起了广泛的关注。

锂离子电池作为具有代表性的二次电池，由于自身高的比能量和能量密度以及快速充放电等优势，已经在日常生活和各类工业技术中发挥着巨大的作用。到目前为止，锂离子电池的能量密度达到270W kg-1和750Wh L-1。然而，地壳的Li源的丰度逐渐降低，已经不能满足大规模能源储存设备的需求，这将限制商业锂离子电池进一步的发展。目前，在探索除锂离子电池以外的下一代，即新型低成本、高容量的钠/钾/钙离子等单离子电池的过程中发现，虽然这些单离子电池解决了锂源丰度低的问题，但是还是存在易生长金属枝晶和安全隐患等问题，同时正极材料的缺失，电解质的电化学窗口窄等也阻碍了其进一步的发展。因此，还需要发展高能量密度和高安全性能的新电池体系。

双离子电池的正负两极上可进行两种不同离子的嵌入脱出反应。该电池是基于双离子同时储能的一种新型电池体系。这种设计克服了单离子电池各自的缺点，使得双离子能发挥协同作用。此外，该电池所使用的正极材料是价格低廉的石墨材料，降低了电池的成本。由于其特殊的充放电机理，该电池具有较高的平均工作电压，其能量密度也大幅提高，能满足电动车和智能电网(寿命长，高能量密度和价格低廉)的所有需求。因此，双离子电池在高比能量、高功率、高安全性和绿色环保等方面有着广阔的发展前景。

使用碱金属作为双离子电池的负极材料可大大提高电池的能量密度。其中，锂金属负极因其具有很高的理论比容量(3862mAh g-1)而在高能量密度双离子电池体系中受到广泛关注。但是，在碳酸酯类电解液中使用锂金属作为负极存在锂枝晶生长问题。在不断充放电过程中，锂金属负极生成的无规则锂枝晶会刺穿隔膜，导致电池短路，容量衰减和其他的安全问题，难以满足双离子电池体系中对于安全性的要求。

目前，部分研究采用离子液体作为电解液以解决锂金属负极的安全问题。但是，由于离子液体粘度大、电导率低、在电极表面浸润性差以及价格昂贵等原因限制了离子液体在双离子电池体系中的应用。此外，部分研究报道抑制锂枝晶的方法还包括电极界面修饰，隔膜修饰，电解液添加剂的使用，负极结构以及集流体结构设计，固态电解质的使用等等。这些方法从电极/电解液界面或锂枝晶生长形貌入手去抑制锂枝晶，但是并不能完全抑制锂枝晶的生长，而且过多的修饰不仅会减小电池的能量密度，同时还会增加双离子电池的成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双离子电池无锂负极材料的制备方法，此制备方法简单、原材料便宜且条件可控。

本发明的另一目的在于提供一种双离子电池无锂负极材料，此无锂负极材料具有更高的电化学稳定性和安全性。

本发明的第三个目的在于提供一种双离子电池，其电化学性能好且安全性能高。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。