[发明专利]一种环保型水系电池及其制备方法

说明书

本发明属于电池技术领域，涉及一种环保型水系电池及其制备方法。所述的环保型水系电池包括正极、水系电解液、负极、隔膜，其中所述的正极的材料为Mn₃O₄。本发明的环保型水系电池具有更高的能量密度和更长的循环寿命，本发明的环保型水系电池的制备方法能够简易、低成本和无环保污染的制备环保型水系电池。

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种环保型水系电池及其制备方法。

背景技术

随着科技的进步和社会的发展，化石能源日趋枯竭，环境污染日益严重，因此能源问题已成为关系全世界可持续发展的关键问题。能源与环境方面的巨大压力使得寻找和开发新型绿色可再生能源已经成为人类的迫切任务，智能电网和可再生能源技术(包括太阳能、风能、新型清洁能源内燃机、燃料电池技术等)的巨大发展也对二次能量存储技术提出了更多的要求。但无论是分布式储能还是集中式储能，都需要数千瓦时到几百兆千瓦时的能量储存装置。电化学储能灵活多变，是未来储能的首选，经济和社会意义重大，已经成为世界各国重点支持和投资的战略性产业方向。

虽然锂离子电池的能量密度高，但是锂资源储量有限，无法满足储能需求的十分之一；另外，有机体系的锂离子电池由于大量使用易燃的有机电解液，在生产和使用过程中可能造成爆燃事故，有安全性隐患。而采用水系电解液可以解决电池的安全性问题，并且，与便携式设备对高能量密度的要求不同，许多分布式或者集中式储能系统对能量密度的要求并不高。

采用水系电解液的铅酸电池虽然价格非常低廉，技术成熟，占据着汽车启动电瓶、电动自行车、UPS等储能领域的绝对市场份额，但是，铅酸电池循环使用寿命较低，一般只能深度充放电400-500次，维护、更新及回收的成本很高。同时，铅酸电池致命的缺点是铅等重金属造成的水体和土壤污染一直困扰人类，铅酸电池不仅在装配过程中可能存在中毒、火灾、腐烛等危害，在使用的过程中也存在漏液的风险，容易对周边的环境造成很大污染。而同样，镉镍电池也含有大量有害的重金属元素，大规模应用会在生产和废弃阶段造成严重的环境污染，而且对环境温度要求严格，仅适用室内运行环境；镍氢电池由于采用了昂贵的稀有金属，价格上难于满足大规模储电的成本要求。

水系离子电池由于采用偏中性的盐水溶液作为电解液，既避免了有机电解液的易燃问题，又克服了传统水系电池的高污染、寿命短(如铅酸电池)和价格昂贵(镍氢电池)的缺点，是能够满足大型储能技术要求的理想体系之一。

但是，满足环保要求的水系钠离子电池正极材料(如Na-Mn-O化合物，Na-Mn-Ti-PO₄化合物)往往存在容量较低，或电压平台过低的问题(如K-Mn-O)。而满足水系镁离子电池的负极材料较少，满足容量要求的FeVO₄类复合材料又存在制备困难，脱镁电位过高的问题。而Mn₃O₄作为水系镁离子电池的正极材料时，充放电的容量较高，循环性能较好。因此，研究Mn₃O₄作为正极材料，开发新型水系电池具有重要意义。

发明内容

本发明的首要目的是提供一种环保型水系电池，以能够具有更高的能量密度和更长的循环寿命。

为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种环保型水系电池，所述的环保型水系电池包括正极、水系电解液、负极、隔膜，其中所述的正极的材料为Mn₃O₄。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种环保型水系电池，其中所述的正极的材料为尖晶石型Mn₃O₄。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种环保型水系电池，其中：

所述的水系电解液为含有镁盐、钠盐、锌盐和/或锰盐的偏中性水溶液；