[发明专利]电极形态稳定且容量及倍率均得到提高的钠镁双盐电池

说明书

电极形态稳定且容量及倍率均得到提高的钠镁双盐电池属于储能技术领域。现有NaCrO₂钠镁双盐电池其比容量有待提高，电极形态稳定性有待改善，倍率性能不佳，制作成本较高。本发明之钠镁双盐电池其负极为Mg²⁺/Mg电极，其特征在于，正极为还原氧化石墨烯复合SnSe电极；电解液配比式为“x M NaBH₄/y M Mg(BH₄)₂‑醚类溶剂”，其中x＝0.5、1.0或者1.5，y＝0.1或者0.2，M是浓度单位mol/L。本发明能够全面克服现有NaCrO₂钠镁双盐电池的不足。

技术领域

本发明涉及一种电极形态稳定且容量及倍率均得到提高的钠镁双盐电池，属于储能技术领域。

背景技术

近年来镁离子电池由于其较高的理论质量比容量和体积比容量成为了极具潜力的新一代储能电池。镁离子电池内部电荷的传输与能量的存储主要依靠二价的镁离子。在充放电过程中镁离子将在正极材料中嵌入/脱嵌，完成能量的存储与释放。但是，二价的镁离子由于电荷密度较高，镁离子在正极材料中的嵌入并迁移受到阻碍，致使镁离子电池电化学性能较差。

为了增强镁离子电池储能能力，现有技术引入双盐概念，出现了镁基双盐电池。镁基双盐电池与镁离子电池相似，不同之处在于镁基双盐电池中电解质成分为两种盐，即钠盐和镁盐。在电化学过程中镁离子、钠离子分别在电池负极一侧、电池正极一侧参与电化学反应。一价的钠离子相较于二价的镁离子具有更高的离子扩散动力学性质，能够在正极材料中进行快速迁移与存储。

据报道(Frontiers in Chemistry,6,611,Magnesium-Sodium Hybrid BatteryWith High Voltage,Capacity and Cyclability)，以NaCrO₂为电池正极、镁为负极、Na(CB₁₁H₁₂)/APC为电解液构建的一种NaCrO₂钠镁双盐电池在60mA g^-1的电流密度下能够获得98mAh g^-1的首次放电比容量，如图2所示。虽然所述NaCrO₂钠镁双盐电池相比于镁离子电池其储能能力有所提高，但是，其比容量还是有待提高。并且，随着充放电过程的进行，电池容量有着明显的衰减，如图1所示，以6mA g^-1的电流密度经过50次循环，放电比容量从118mA hg^-1衰减至约90mAh g^-1，说明其循环稳定性(电极形态稳定性)较差，究其原因，应该是NaCrO₂正极的形态稳定性较差，随着充放电过程的进行，电极膨胀、开裂，表层脱落，电极粉化现象严重。同时，所述NaCrO₂钠镁双盐电池的倍率性能不佳，也就是在多次充放电过程中，当电流密度逐次成倍提高，放电比容量明显下降，如表1、图2所示，电流密度从60提高到600，电流密度提高到10倍，放电比容量下降了三分之二多。此外，NaCrO₂材料需要在高温惰性气氛下进行合成，制备难度高；电解液成分Na(CB₁₁H₁₂)尚无市售，需单独制备且制备过程复杂。因此，所述NaCrO₂钠镁双盐电池的制作成本较高。

表1

发明内容

为了克服现有钠镁双盐电池的不足，我们发明了一种电极形态稳定且容量及倍率均得到提高的钠镁双盐电池。

本发明之电极形态稳定且容量及倍率均得到提高的钠镁双盐电池其负极为Mg²⁺/Mg电极，其特征在于，正极为还原氧化石墨烯复合SnSe电极；电解液配比式为“x M NaBH₄/yM Mg(BH₄)₂-醚类溶剂”，其中x＝0.5、1.0或者1.5，y＝0.1或者0.2，M是浓度单位mol/L。