[發明專利]一種可充放水系離子電池

有效

• 申請號: 201410532824.3
• 申請日: 2014-10-10
• 公開（公告）號: CN104362393A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 朱用;車勇;戴翔;王青;方淳;袁超群;瞿培紅
• 申請（專利權）人: 恩力能源科技（南通）有限公司
• 主分類號: H01M10/36
• 分類號: H01M10/36
• 代理公司: 北京弘權知識產權代理事務所(普通合伙) 11363
• 代理人: 榮文英;郭放

技術領域

本發明涉及電池領域，尤其涉及一種長壽命高能量密度的可充放水系離子電池。

背景技術

能源是經濟和社會發展的重要物質基礎。自工業革命以來全球煤炭、石油、天然氣等化石能源資源消耗迅速，生態環境不斷惡化，人類社會的可持續發展受到嚴重威脅。因此，節約化石能源，提高化石能源利用效率，實現節能減排以及大規模利用可再生能源，實現能源多樣化成為世界各國能源安全和經濟可持續發展的重要戰略。太陽能、風能等可再生能源具有資源豐富、清潔無污染等特點，被認為是解決能源問題的有效途徑。然而，太陽能和風能等發電受到天氣及時間段等自然因素影響，具有間歇性、不穩定、不可控等特點不僅加重了電網系統調峰難度，還會對電網的電壓、頻率、諧波等電能質量造成不良影響，嚴重時會危害電網負荷的安全穩定運行。

大規模高效儲能技術是解決可再生能源發電非穩態特性的重要途徑，也是智能電網的必要組成部分。在所有的儲能技術中，電化學儲能技術具有建設周期短、能適應不同的電網功能需要等特點，已經成為目前使用最廣泛的儲能方式之一?，F有的電化學儲能技術存在多種技術路線，如鉛酸電池、液流電池、鈉硫電池以及鋰離子電池等。但是，從成本、壽命、安全、環境等因素綜合衡量，這些電池體系仍無法滿足實際需要。

1994年，Dahn等首次提出水系鋰離子電池的概念(參見:Li?W.Dahn?J?R.Wainwright?D?S.Rechargeable?lithium?batteries?with?aqueous?electrolytes[J].Science,1994,264:1115-1113.)。這種新型水系鋰離子電池中，Li₂SO₄或LiNO₃水溶液作為電解質，負極采用VO₂，正極采用LiMn₂O₄。與非水電解液鋰離子二次電池相比，水系鋰離子電池是以水溶液為電解質的二次電池，它克服了傳統有機體系電池電解液昂貴、有毒、易燃、離子電導率低、制作成本高等缺點，在電網級別的大規模儲能體系中具有潛在的應用前景。然而，該體系電池循環壽命短嚴重阻礙了它的商業化進程。近年來，開發新型長壽命高性能水系鋰離子電池材料及電池已成為國際研究的熱點。

中國專利授權公告號CN1328818C公開了一種混合型水系鋰離子電池。其工作原理是：對裝成的電池，首先必須進行充電。充電過程中，鋰離子從正極脫出，通過電解液，鋰離子吸附在活性碳等材料做成的負極。放電過程中，鋰離子從負極上脫附，通過電解液，鋰離子嵌入正極。充放電過程僅涉及鋰離子在兩電極間的轉移。該混合型水系鋰離子電池的正極材料采用LiMn₂O₄、LiCoO₂、LiCo_1/3Ni_1/3Mn_1/3O₂、LiMg_0.2Mn_1.8O₄等能夠可逆的嵌入脫出鋰離子的材料，負極則采用比表面積在1000m²/g以上的活性炭、介孔碳或碳納米管等。

然而，鋰資源儲量有限并且分布不均，這對于發展大規模儲能電池，可能會成為一個重要問題。近年來人們開始關注更為廉價的堿金屬如鈉，鈉在地殼中的儲量非常豐富，約占2.74％，為第六豐富元素，分布廣泛，含鈉的原料價格較低；以及和鋰相似的電化學性質，接近的電極電勢，鈉離子電池漸漸成為了科研工作者研究熱點。

中國專利公開號CN102027625A公開了一種以鈉離子為主的水相電解質電化學二次能源儲存裝置，其包括陽極電極、能夠使鈉陽離子可逆性脫嵌的陰極電極、隔板和含有鈉陽離子的水相電解質，其中初始活性陰極電極材料包含在該裝置的初始充電期間使堿金屬離子脫嵌的含堿金屬的活性陰極電極材料。該活性陰極電極材料可以是摻鋁的λ-MnO₂、NaMnO₂(水鈉錳礦結構)、Na₂Mn₃O₇、NaFePO₄F、Na_0.44MnO₂。該陽極電極包含多孔活性炭，且電解質包含硫酸鈉。