[发明专利]一种对称型水系钠离子电池

说明书

本发明设计电化学储能领域，具体涉及一种对称型水系钠离子电池，所述电池的正极电极材料层与负极电极材料层所使用的电极材料均为Na_xMnO₂(x＝0.22‑0.66)，所述电池的电解液为钠盐的水溶液，所述电解液中钠离子浓度为0.5‑6mol·L^‑1。本发明通过选用Na_xMnO₂作为电极材料，并将电解液中的钠离子浓度设置为0.5‑6mol·L^‑1，从而使得本发明设置的对称型水系钠离子电池具有较高的能量密度，能达到40Wh/kg以上。

技术领域

本发明涉及电化学储能领域，具体涉及一种对称型水系钠离子电池。

背景技术

随着太阳能、风能和其他类型的可再生能源被纳入电网并建设智能电网，储能技术已成为优化能源利用的关键。钠离子电池是一种反应原理与锂离子电池相似的二次电池，由于其在原材料储量和价格方面更具有优势，因此其具备用于储能系统的潜在可能性。

钠离子电池通常包括正极集流体、负极集流体、正极电极材料层、负极电极材料层、电解液，其中，正极电极材料层涂布在正极集流体上，负极电极材料层涂布在负极集流体上，电解液灌注在正极电极材料层与负极电极材料层之间，电解液包括钠盐以及溶剂。

一般的钠离子电池都是非对称型电池，即其正极电极材料层与负极电极材料层所选用的电极材料不同，故对于非对称型电池而言，在生产的过程中涉及正负极两种电极材料层的制备，而对称型电池和非对称型电池的储能机理一致，且由于其正极电极材料与负极电极材料层所选用的电极材料相同，故在生产时只需生产一种电极材料层即可，且由于其中一个电极在充放电过程中的体积变化可由相对的电极进行抵消，因此，出于降低成本的考虑，对称型钠离子逐渐成为研发热点。

但是，现有的对称型钠离子电池中电解液的溶剂通常选用的都是有机溶剂，此类电池虽然能量密度较高，但是由于有机溶剂易燃易爆，在生产和使用过程中会造成爆燃事故，有安全性问题的缺陷，且由于有机溶剂电解液通常有毒，故也容易对环境造成污染，不利于环境保护。

若采用水作为电解液的溶剂，则可以解决有机溶剂易燃易爆炸的问题，但是由于水的电化学窗口的限制，大大制约了电极材料的选择，目前也有研究者报道了对称型水系钠离子电池，他们采用Na₂VTi(PO₄)₃、Na₃MnTi(PO₄)₃等材料进行研究，正负极分别利用V⁴⁺/V³⁺和Ti⁴⁺/Ti³⁺、Mn³⁺/Mn²⁺和Ti⁴⁺/Ti³⁺的氧化还原反应实现电能的储存和利用，经过检测此二者的能量密度分别为30Wh/kg和40Wh/kg，可见，对称型水系钠离子电池具有一定的发展前景，但是由于对成型水系钠离子电池的电极材料需要具备较宽的电压平台和合适的电化学窗口，因此可供选择的电极材料并不多见。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的水系对称型钠离子电池中由于水的电化学窗口的限制，导致可供用作水系钠离子电池的电极材料的选择性较小的缺陷，从而提供一种对称型水系钠离子电池。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

Na_xMnO₂(x＝0.22-0.66)在对称型水系钠离子电池中的用途。

Na_xMnO₂(x＝0.22-0.66)作为电极材料在对称型水系钠离子电池中的用途。