[發明專利]一種提高NaTi2

在審

• 申請號: 202210280486.3
• 申請日: 2022-03-21
• 公開（公告）號: CN114695976A
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 蓋利剛;盧燕敏;班青
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: H01M10/38
• 分類號: H01M10/38
• 代理公司: 濟南竹森知識產權代理事務所(普通合伙) 37270
• 代理人: 朱家富

本發明涉及一種提高NaTi₂(PO₄)₃∥LiMn₂O₄水系離子電池電化學性能的方法，屬于電化學儲能技術領域。以NaTi₂(PO₄)₃為負極，LiMn₂O₄為正極，不銹鋼絲網或碳布為集流體，硫酸鋰?硫酸鈉?十二烷基硫酸鈉混合液為電解液，組裝NaTi₂(PO₄)₃∥LiMn₂O₄水系離子電池。與傳統以硫酸鋰?硫酸鈉混合液為電解液的NaTi₂(PO₄)₃∥LiMn₂O₄水系離子電池相比，本發明提供的NaTi₂(PO₄)₃∥LiMn₂O₄水系離子電池，容量保持率和循環穩定性得到顯著提升，展示出優異的室溫和低溫電化學性能。

技術領域

本發明屬于電化學儲能技術領域，涉及一種提高NaTi₂(PO₄)₃||LiMn₂O₄水系離子電池電化學性能的方法。

背景技術

利用有機電解液的離子電池簡稱為有機系離子電池，利用水溶液電解液的離子電池簡稱為水系離子電池。相比于有機系離子電池，水系離子電池具有環境友好、倍率性能高、無安全隱患的優點，因而受到了廣泛關注(Chem.Soc.Rev.2020,49,180-232)。但是，由于電極材料在水系電解液中的溶解及其與水系電解液發生副反應，導致水系離子電池的循環穩定性較差(Nat.Chem.2010,2,760-765；Energy Environ.Sci.2016,9,3666-3673)。例如，LiMn₂O₄ (LMO)被廣泛用于“搖椅式”水系鋰離子電池的正極材料(Nano Energy 2020,67,104256)，但是脫鋰后的LMO能催化電解液析氧反應，降低了電解液的電壓上限，從而導致基于LMO 電池性能的惡化(J.Am.Chem.Soc.2010,132,11467-11469)。作為一種NASICON型化合物， NaTi₂(PO₄)₃(NTP)被廣泛用于水系離子電池的負極材料(Mater.Today Energy2020,17, 100432-100452)，但NTP與水接觸因自放電反應使得容量衰減很快，從而導致基于NTP電池性能的惡化(Electrochim.Acta 2017,235,730-739.)。

為了提高基于NTP和LMO的水系離子電池的電化學性能，科研工作者發展了多種方法。例如，對電極材料進行表面修飾(Electrochim.Acta 2017,255,220-229)，減小顆粒尺寸(Adv. Energy Mater.2013,3,290-294.)，控制顆粒形貌(Nanoscale 2018,10,958-963)，添加有利于電極/電解液界面形成的添加劑(Small 2020,16,2003585)等。其中，有關水系離子電池電解液的研究，受到了廣泛關注(Adv.Energy Mater.2020,10,2001386)。

科研工作者發現，利用“鹽包水”(一種電解質濃溶液)電解液能有效提高水系離子的循環穩定性(Science 2015,350,938-943；Nat.Energy 2016,1,16129)，這歸于高濃度的電解質與水分子強烈結合，降低了電解液中水的反應活性。經典“鹽包水”電解液為高濃度有機鋰鹽(如 LiTFSI、LiBETI、LiOTf)，不僅價格高而且環境不友好，這限制其實際應用(Nat.Energy 2019, 4,269-280)。