一种水系钠基混合离子二次电池制造技术

本发明专利技术提供了一种水系钠基混合离子二次电池，该电池的正极活性材料为锰酸钠Na

【技术实现步骤摘要】
一种水系钠基混合离子二次电池
本专利技术涉及电池
，具体涉及一种水系钠基混合离子二次电池。
技术介绍
水系离子电池具有高安全、无污染、低成本和长寿命等特点，能够满足大规模储能应用的要求，作为可再生能源(光能和风能等)开发利用和智能电网构建的关键技术之一，对其的研究与产业化越来越受到关注。目前，锂过渡金属氧化物用于水系离子电池作为正极材料研究的最早最广泛，也最接近产业化。然而，实际上地球上的锂资源是难以支撑大型储能系统的应用需求的，更不用说日益增长的电动汽车对锂的需求。全球锂资源基础储量(碳酸锂计)约为58M吨，其中已知的可开采储量约为25M吨。可是目前全球碳酸锂年消耗量约为7至8万吨，预计可开采时间不过50多年。另一方面，钠与锂的化学性能类似，因此被认为能够替代锂适用于水系离子电池。钠是地球上储量最丰富的资源之一，可以说是用之不竭。价格也显著降低，通常为锂盐的1/10。使用钠离子的水系离子电池被认为是最有潜力的适合大规模储能系统的电池之一，逐渐成为业界研究工作的焦点。水系钠离子电池依靠金属离子在正负极材料中嵌入和脱出实现电能的储存和释放，但是由于电池局限于单离子的嵌脱，在实际应用时存在如下不足：首先，具有合适嵌脱离子电位的正负极材料的选择余地较小；其次，受离子嵌脱机制的限制，正负极材料的可逆容量小，导致电池的能量密度较低。单离子电池应用时始终存在上述技术难题，亟待提出一种新的电池装置，不局限单离子嵌脱，提升电池能量密度。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种水系钠基混合离子二次电池，基于二种或二种以上的离子同时进行能量储存；在电池正极实现钠离子在锰钠层状化合物中的嵌脱，在电池负极实现活泼金属的沉积溶解反应或合金化反应，克服单离子电池的缺点，表现出较高的能量密度，有较好的循环性能。为达成上述目的，本专利技术提出如下技术方案：一种水系钠基混合离子二次电池，包括正极、负极、隔膜和电解液；所述正极选用的正极活性材料为NaxMnO2(x＝0.2～1)，所述负极选用的负极活性材料为金属氧化物；具体为，所述正极包括45wt.％-85wt.％的正极活性材料锰酸钠NaxMnO2(x＝0.2～1)、10wt.％-45wt.％的第一导电炭材料和5wt.％-10wt.％的第一粘结剂材料；所述负极包括73wt.％-92wt.％的负极活性材料金属氧化物、5wt.％-15wt.％的第二导电炭材料和3wt.％-12wt.％的第二粘结剂材料；所述电解液为溶解有饱和负极活性材料金属氧化物的氢氧化钠溶液。进一步的，所述负极活性材料金属氧化物为氧化铝、氧化锌、氧化镁和氧化钙中的一种或多种。进一步的，所述氢氧化钠溶液的浓度为3mol/L-8mol/L，电解液提供了混合离子的存在环境。进一步的，所述隔膜为无纺布与亲水PP的复合型隔膜。进一步的，所述负极活性材料金属氧化物为氧化锌。进一步的，所述第一导电炭材料为KS-6、KS-15、SP、AC、CNT中的一种或多种；所述第一粘结剂材料为PTFE、PVDF、PVA、CMC、PAA中的一种或多种。进一步的，所述第二导电炭材料为导电碳纤维、SP、AC中的一种或多种；所述第二粘结剂材料为PTFE、PVA、CMC、SBR、PAA中的一种或多种。由以上技术方案可知，本专利技术的技术方案提供的水系钠基混合离子二次电池，获得了如下有益效果：本专利技术公开的水系钠基混合离子二次电池，电池的正极活性材料为锰酸钠NaxMnO2(X＝0.2～1.0)，负极活性材料为金属氧化物，电解液为溶解有上述饱和金属氧化物的氢氧化钠溶液，隔膜为无纺布与亲水PP的复合隔膜；其中，正极包括正极活性材料(45-85wt.％)、第一导电碳材料(10-45wt.％)和第一粘结剂材料(5-10wt.％)，负极包括负极活性材料(73-92wt.％)、第二导电碳材料(5-15wt.％)和第二粘结剂材料(3-12wt.％)；本专利技术的水系钠基混合离子二次电池，混合离子电池基于二种或二种以上的离子同时进行的能量储存，其电池的正极钠离子在锰钠的层状化合物中进行嵌脱反应，电池的负极发生活泼金属的沉积溶解反应或合金化反应。本专利技术混合离子的设计克服了单离子电池的缺点，可根据嵌入正极的类型选择相匹配的负极材料，材料可选余地较大，且负极的比容量高，因此整体表现出较高的能量密度，达到在1C倍率下循环40圈后的容量保持率为92.6％，有较好的循环性能。应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的专利技术主题的一部分。结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本专利技术教导的前述和其他方面、实施例和特征。本专利技术的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本专利技术教导的具体实施方式的实践中得知。附图说明附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本专利技术的各个方面的实施例，其中：图1为本专利技术实施例1电池循环性能图；图2为本专利技术实施例2电池循环性能图；图3为本专利技术实施例3电池循环性能图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本专利技术专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一个”“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件，并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。基于现有技术中，水系钠离子电池与锂离子电池都属于单离子电池，依靠金属离子在正负极材料中嵌入和脱出实现电能的储存和释放，具有正负极材料的选择余地小和电池的能量密度低的技术问题；本专利技术旨在提出一种水系钠基混合离子二次电池，基于多种离子同时进行能量存储，克服单离子电池的缺点，正负极材料选择范围广，具有较高的能量密度和较好的循环性能。具体为，一种水系钠基混合离子二次电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，正极选用的正极活性材料为NaxMnO2(x＝0.2～1)，所述负极选用的负极活性材料为金属氧化物；其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水系钠基混合离子二次电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，其特征在于，所述水系钠基混合离子二次电池的正极活性材料为Na

【技术特征摘要】
1.一种水系钠基混合离子二次电池，包括正极、负极、隔膜和电解液，其特征在于，所述水系钠基混合离子二次电池的正极活性材料为NaxMnO2(x＝0.2～1)，负极活性材料为金属氧化物。


2.根据权利要求1所述的水系钠基混合离子二次电池，其特征在于，所述正极包括45wt.％-85wt.％的正极活性材料锰酸钠NaxMnO2(x＝0.2～1)、10wt.％-45wt.％的第一导电炭材料和5wt.％-10wt.％的第一粘结剂材料。


3.根据权利要求1所述的水系钠基混合离子二次电池，其特征在于，所述负极包括73wt.％-92wt.％的负极活性材料金属氧化物、5wt.％-15wt.％的第二导电炭材料和3wt.％-12wt.％的第二粘结剂材料。


4.根据权利要求3所述的水系钠基混合离子二次电池，其特征在于，所述负极活性材料金属氧化物为氧化铝、氧化锌、氧化镁和氧化钙中的一种或多种。


5.根据权利要求1所述的水系钠基混合离子二次电池，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁波，杨鹏，曹翊，李昌盛，罗刚国，车勇，戴翔，
申请(专利权)人：恩力能源科技安徽有限公司，恩力能源科技南通有限公司，恩力能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34