[發明專利]一種內部反應環境可控的水系鈉離子電池

有效

• 申請號: 202011019106.8
• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112054251B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 侯肖瑞;曾詩蒙;田劍莉亞;賀詩陽
• 申請（專利權）人: 賁安能源科技（上海）有限公司
• 主分類號: H01M10/38
• 分類號: H01M10/38;H01M50/409;H01M50/489;H01M4/62
• 代理公司: 上海兆豐知識產權代理事務所(有限合伙) 31241
• 代理人: 盧艷民

本發明公開了一種內部反應環境可控的水系鈉離子電池，包括依次設置的正極集流體、正極活性物質、隔膜、負極活性物質和負極集流體，正極集流體與正極活性物質之間和負極集流體與負極活性物質之間分別設置有導電吸附層；導電吸附層的厚度為0_.01～0_.4mm；導電吸附層由膨脹石墨和沸石分子篩組成，導電吸附層中所含沸石分子篩的質量分數為5～10％；隔膜采用具有離子選擇透過性的復合隔膜，復合隔膜由陽離子交換膜和陰離子交換膜復合而成，且陽離子交換膜正對著負極活性物質，陰離子交換膜正對著正極活性物質。本發明的內部反應環境可控的水系鈉離子電池，可以維持水系鈉離子電池內部反應環境的穩定性，提高電池循環壽命。

技術領域

本發明涉及一種內部反應環境可控的水系鈉離子電池。

背景技術

規模儲能技術是新能源推廣和能源革新的基礎，是國家能源戰略需求布局的重要組成部分，對國家能源結構優化和電網安全穩定運行具有重要作用。近幾年，基于水性電解液(pH呈中性)的儲能電池引起了研究者的廣泛關注，該技術的一個主要特征為電解質體系偏中性，本質安全環保，此外，其正負極通過離子嵌脫反應或者混合反應儲存電量，存在較小的不可逆反應。其中，水系鈉離子電池由于其價格低廉、安全環保等優點被認為是最有潛力的低成本儲能技術之一。

近年來，水系鈉離子電池的研究重點集中在正負極電極材料，但電解液體系貫穿于正負極材料，其物理、化學以及電化學環境的穩定性極大影響電池的循環性能。研究表明水系鈉離子電池容量的衰減主要有以下幾個方面原因：1)水電解導致的析氫和析氧反應會引起電解液pH發生偏離，從而影響正負極活性物質的電化學反應窗口；2)電解液中溶解的氧氣極大促進負極的析氫反應，導致電解液ph值上升，導致負極活性物質的溶解，從而造成不可逆容量損失(Alexander I.Mohaned,J.F.Whitacre,Capacity loss of NaTi₂(PO₄)₃in Aqueous Electrolyte Solutions:Relating pH Increases to Long Term Stability[J],Electrochimica Acta,2017:235,730-739(水系電解質中NaTi₂(PO₄)₃的容量損失：pH與長期穩定性的關系))；3)正極發生的析氧反應導致電解液pH下降呈酸性，從而引起正極金屬集流體的腐蝕，隨著循環次數的增加，腐蝕層加厚或者斷裂，從而導致電池急劇衰減或者報廢。

由此可見，如何保持電池內部反應環境的穩定性是制約水系鈉離子電池循環壽命的關鍵之一。請參閱圖1，常規水系鈉離子電池包括依次設置的正極集流體1'、正極活性物質2'、隔膜4'、負極活性物質6'和負極集流體7'；正極活性物質2'和隔膜4'之間是正極活性物質附近電解液3'，負極活性物質6'和隔膜4'之間是負極活性物質附近電解液5'，實驗發現：活性物質和集流體接觸部位的pH的變化最為明顯，正極活性物質2'和正極集流體1'接觸部位的pH呈現明顯酸性(pH＝2～3)，負極活性物質6'和負極集流體7'接觸部位的pH呈現明顯堿性(pH＝10～12)，這與上述理論是完全符合的。專利號為CN201510254355.8的專利文件提供了一種可更換電解液的裝置，從實施例上可以看出，通過ICP測試得到的金屬離子Fe、Ni來自于金屬集流體腐蝕，Mn離子來自于正極材料LMO的溶解，PH值的升高來自于負極的析氫反應，此裝置雖然可以在一定程度上緩解電池的衰減，但是沒有從根本解決問題。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的缺陷，提供一種內部反應環境可控的水系鈉離子電池，可以維持水系鈉離子電池內部反應環境的穩定性，提高電池循環壽命。

實現上述目的的技術方案是：一種內部反應環境可控的水系鈉離子電池，包括依次設置的正極集流體、正極活性物質、隔膜、負極活性物質和負極集流體，所述正極集流體與正極活性物質之間和負極集流體與負極活性物質之間分別設置有導電吸附層；

所述導電吸附層的厚度為0.01～0.4mm；