[发明专利]一种适用于水系钠离子电池的负极材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于水系钠离子电池的负极材料，属于电池领域。

背景技术

社会经济在高速发展，人类对能源的依存度也在不断提高。据资料统计，现在世界每年能源消耗总量的70％来源于化石能源(石油、煤、天然气)。但化石燃料的燃烧会产生大量的有害物质，不仅会污染环境，还严重威胁着人类社会的生存与发展。所以，人类社会面临的首要难题是改变不合理的能源结构，同时要大力开发清洁的能源，来逐步代替化石能源。发展太阳能、风能、地热能、潮汐能这类可再生的清洁能源成为当今各个国家关注的热点。可再生能源受天气及时间段的影响较大，具有明显的不稳定、不连续和不可控等特点，需要开发和建设配套的储能装置来保证发电、供电的连续性和稳定性。因此，大规模储能技术是大力发展太阳能、风能等可再生能源利用和智能电网的关键。

当前主流的储能技术主要包括物理类储能和电化学储能，其中电化学储能具有效率高、投资少、使用安全、应用灵活等优点，得到了很广泛的研究与应用，具有良好的发展前景。目前，锂离子电池是发展前景很好的高能电池体系，具有能量密度大、放电电压高、自放电率低、环境友好、循环寿命长等优点。但是，随着锂离子电池的大规模应用，锂的需求量会越来越大，由于地壳中有限的储量，导致锂材料的价格会越来越高。由于钠与锂处于同一主族，具有相似的电化学特性，而且钠在地壳中的储量丰富，约占2.74％，是第六丰富元素，钠基电池有望成为锂离子电池的替代选择。作为新一代的储能体系，同锂离子电池一样，安全性问题是我们关注的重点。选择不同的钠盐和有机溶剂及对电解液进行优化，都会对电池的使用期限、安全性能和循环性能产生一定的影响。对于锂离子电池而言，有机溶剂类的电解液已在商品化的电池中取得了实际的应用，但是安全性问题一直是制约锂离子电池发展的难题。这主要是因为有机溶剂的闪点比较低，易燃，导致电池在过充、过放等极端情况下发生爆炸或燃烧等安全问题。

现有专利提供的用于水系钠离子电池的负极材料循环性能较差，受到析氢电位的影响，容量往往偏低。这极大影响了水系钠离子电池在实际工况下的应用。

发明内容

针对现有水系钠离子电池负极材料的不足，本发明的目的在于提供一种适用于水系钠离子电池的负极材料，该负极具有高容量比，长循环寿命，原料来源广泛、价格低等特点。

本发明的技术方案是：

一种适用于水系钠离子电池的负极材料，该负极材料包含：钠离子嵌入型化合物、析氢抑制剂、粘结剂和导电材料；所述离子嵌入型化合物为NASICON结构化合物，选自LiTi₂(PO₄)₃或NaTi₂(PO₄)₃中的至少一种，在负极中所占重量比例为70～80％；所述析氢抑制剂选自硫化铋或氧化锡中的至少一种，在负极中所占重量比例为2～10％。

所述粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、水溶性橡胶和纤维素中的至少一种。

所述粘结剂在负极中所占重量比例为1～10％。

所述导电材料为乙炔黑、石墨、碳黑、导电聚合物中的至少一种。

所述导电材料在负极中所占重量比例为1～10％。

所述负极材料具有大于50mAh/g的有效比容量可逆循环。

本发明的优点及有益效果是：

1、本发明利用此材料作为负极组装了水系钠离子电池，考虑到成本和安全性，采用λ-MnO₂作为电池正极材料，隔膜采用现有镍氢电池用的多孔聚苯烯隔膜，电解质溶液采用1mol/L硫酸钠，组装后的全电池克服了以往专利中水系钠离子电池的循环性差、比容量低的问题。

2、本发明所涉及负极材料制备工艺成熟，生产成本较低，循环稳定，比容量高，十分适合作为水系钠离子电池的负极材料，以这种电极材料为负极组装的水系钠离子电池具有长的循环寿命、高的能量比、低成本和无环境污染的特点。

具体实施方式