[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于Nay

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611000287.3
• 申請(qǐng)日: 2016-11-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108075131B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉宇;張書(shū)明;余豐;夏驥;賀健;賀詩(shī)陽(yáng);曾詩(shī)蒙;張娜
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所;上海硅酸鹽研究所中試基地
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/505
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M10/36
• 代理公司: 上海瀚橋?qū)＠硎聞?wù)所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優(yōu)麗

本發(fā)明涉及一種基于Na_yNi_xMn_1?xO₂結(jié)構(gòu)富鈉層狀化合物正極的水系儲(chǔ)能電池，所述水系儲(chǔ)能電池由正極片、負(fù)極片、隔膜及具有離子導(dǎo)電性的水系電解液組成，所述正極片包括質(zhì)量百分比為60～85wt%的正極活性物質(zhì)，所述正極活性物質(zhì)的通式為Na_yNi_xMn_1?xO₂，其中0＜x≤0.5，0.44≤y≤0.67。本發(fā)明采用可脫嵌鈉（鋰）離子、低成本的Na_yNi_xMn_1?xO₂結(jié)構(gòu)富鈉層狀化合物作為正極活性材料應(yīng)用在水系電池中，構(gòu)建了一種新型的水系儲(chǔ)能電池體系。該體系具有較高的電壓平臺(tái)，比能量高，綠色環(huán)保，安全無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，可以為大規(guī)模儲(chǔ)能提供一種價(jià)格低廉、環(huán)保安全的電化學(xué)儲(chǔ)能體系。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種水系儲(chǔ)能電池，屬于二次電池領(lǐng)域，也屬于能源材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著社會(huì)的發(fā)展，能源和環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越受到關(guān)注，新能源的需求將持續(xù)增長(zhǎng)，化石能源和對(duì)環(huán)境造成的破壞使關(guān)注點(diǎn)轉(zhuǎn)為風(fēng)能、太陽(yáng)能等這些可再生資源。然而，太陽(yáng)能和風(fēng)能受到自然條件的限制具有間歇性、不穩(wěn)定和不可控等特點(diǎn)，需要開(kāi)發(fā)和建設(shè)配套的電能儲(chǔ)存裝置來(lái)保證發(fā)電、供電的連續(xù)性和穩(wěn)定性。因此，大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)是大力發(fā)展太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源利用和智能電網(wǎng)的關(guān)鍵。

目前，大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)存在多種技術(shù)路線，如鉛酸電池、液流電池、鈉硫電池以及鋰離子電池等，它們都曾被考慮作為可能的電網(wǎng)儲(chǔ)能設(shè)備。然而這些電池體系存在成本高昂、資源有限、長(zhǎng)期循環(huán)壽命差、安全性差等固有缺陷，無(wú)法滿足實(shí)際需要。近年來(lái)，水系可充鈉(鋰)離子二次電池體系得到了極大的關(guān)注，該體系采用水溶液為電解液，成本低廉，安全性高，具有明顯的環(huán)保優(yōu)勢(shì)，屬于綠色環(huán)保的新型電池，必將成為未來(lái)新能源儲(chǔ)能領(lǐng)域重點(diǎn)發(fā)展和支持的新型綠色電池體系。

中國(guó)專(zhuān)利授權(quán)公告號(hào)CN1328818C公開(kāi)了一種混合型水系鋰離子電池，其正極材料采用LiMn₂O₄、LiCoO₂、LiCo_1/3Ni_1/3Mn_1/3O₂等富鋰化合物，負(fù)極則采用高比表面積的活性炭或介孔碳，該電池體系的正負(fù)極材料價(jià)格昂貴，且負(fù)極活性炭的比容量較低。專(zhuān)利CN105322241A則采用了磷酸鈦鈉作為負(fù)極材料，而正極材料仍選用富鋰化合物L(fēng)iMn₂O₄，雖然降低了負(fù)極材料的成本，但昂貴的正極材料依然嚴(yán)重制約著水系電池的發(fā)展和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有水系儲(chǔ)能電池正極材料的成本問(wèn)題，提供一種由正負(fù)極均為可脫嵌鈉(鋰)離子的含鈉材料組成的水系儲(chǔ)能電池。

一方面，本發(fā)明提供了一種基于富鈉層狀化合物正極的水系儲(chǔ)能電池，其特征在于，所述水系儲(chǔ)能電池由正極片、負(fù)極片、隔膜及具有離子導(dǎo)電性的水系電解液組成，所述正極片包括質(zhì)量百分比為60～85wt％的正極活性物質(zhì)，所述正極活性物質(zhì)的通式為Na_yNi_xMn_1-xO₂，其中0＜x≤0.5，0.44≤y≤0.67。

本發(fā)明采用可脫嵌鈉(鋰)離子、低成本的富鈉層狀化合物Na_yNi_xMn_1-xO₂(0x≤0.5；0.44≤y≤0.67)作為正極活性材料應(yīng)用在水系電池中，構(gòu)建了一種新型的水系儲(chǔ)能電池體系。在充電過(guò)程中，鈉離子從正極脫出至電解液，電解液中的鈉離子又嵌入負(fù)極中，儲(chǔ)存電子，放電過(guò)程中，從正極脫出的部分鈉離子又嵌入到正極，同時(shí)電解液中部分鋰離子也嵌入到正極，負(fù)極中嵌入的鈉離子則脫出到電解液中，釋放電子。該體系具有較高的電壓平臺(tái)，比能量高，綠色環(huán)保，安全無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，可以為大規(guī)模儲(chǔ)能提供一種價(jià)格低廉、環(huán)保安全的電化學(xué)儲(chǔ)能體系。