[發明專利]用于水性電解質能量儲存的復合陽極結構和含有所述結構的裝置

有效

• 申請號: 201380065149.1
• 申請日: 2013-12-06
• 公開（公告）號: CN104871349B
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: 杰伊·懷特奎;亞歷克絲·穆罕默德;安德魯·波隆斯基;斯內·沙哈格;克里斯滕·卡萊爾
• 申請（專利權）人: 亞奎尼能源公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/136;H01M10/04
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 林斯凱

1.一種適用于水性電解質能量儲存裝置的陽極電極，所述陽極電極包含NASICON材料和電化學雙層電容和/或贗電容材料的固體混合物，所述NASICON材料能夠可逆地插入和提取堿金屬離子，所述電化學雙層電容和/或贗電容材料包含具有大于0.001歐姆-厘米的電阻率的活性碳，其中所述NASICON材料式是AB2±δ1(PO4)3±δ2，其中A包含至少5原子百分比的Na，B包含至少50原子百分比的Ti，P是至少80原子百分比的磷，O是氧，并且δ1和δ2各自獨立地在0與0.05之間的范圍內變化。

2.根據權利要求1所述的電極，其中所述NASICON材料是NaxLi(1-x)Ti2(PO4)3，其中0.05≤x≤1并且所述活性碳具有在400m2/g與1500m2/g之間的表面積。

3.根據權利要求2所述的電極，其中所述陽極電極包含NaTi2(PO4)3NASICON材料與所述活性碳的混合物，所述混合物的NaTi2(PO4)3:活性碳質量比在0.5:9到9.5:0.5范圍內。

4.根據權利要求1所述的電極，其中所述陽極電極在具有堿金屬離子作為功能性離子的水性電解質中具有至少50mAh/g的比容量。

5.根據權利要求1所述的電極，其中所述陽極電極具有至少500次循環的物理和電化學穩定性，其中電荷狀態擺動是至少75％，而不顯示能量儲存功能的任何損失。

6.一種能量儲存裝置，其包含：

并聯或串聯式電性連接的多個電化學能量儲存電池，其中各電池包含：

根據權利要求1所述的陽極電極；

陰極電極；

隔膜；以及

水性電解質，

其中所述陽極電極的電荷儲存容量低于所述陰極電極的電荷儲存容量；

其中當所述裝置充電時超出留在所述陽極電極中的離子插入材料的電荷儲存容量時，在所述多個電池中的至少一者的陽極電極處所述電解質中的水局部電解形成氫和OH-物質；以及

其中來自所述電解質的堿金屬陽離子物質插入所述NASICON材料并且從所述NASICON材料中提取，不管留在所述NASICON材料中的是哪種堿金屬物質。

7.根據權利要求6所述的裝置，其中：

所述裝置包含混合能量儲存裝置；

在操作中所述陰極電極可逆地插入和提取堿金屬陽離子；以及

所述陽極電極以電容和/或贗電容方式儲存所述氫物質并且通過離子插入與電容儲存和贗電容儲存中的至少一者的組合儲存所述金屬陽離子。