[发明专利]水系二次电池

说明书

技术领域

本发明属于电化学储能领域，具体涉及一种水系二次电池，特别是一种碱性水系二次锂离子电池以及该电池的制备方法和用途，同时，本发明也涉及一种水系二次电池用电解液。

背景技术

随着石油资源的不断消耗和环境污染的日益加剧,发展风能、太阳能等可再生能源及电动汽车已经成为全球性的课题,其关键的技术瓶颈之一是储能电池。目前所发展的二次混合电池主要集中在锂离子电池，高温钠硫电池，钠镍氯电池和钒液流电池。这些电池都具有各自的优点。其中，锂离子电池是目前所有二次混合电池中比能量最高、工作电压最高、平均循环寿命最长以及自放电率最低的化学电池，它为电子产品的小型化和轻型化提供了保证。传统的锂离子电池能量密度较高，能达到120～200Wh/kg，但采用的有机电解质导电性能差、成本高、生产条件苛刻，尤其是其安全性能得不到绝对保障，使用上受到了限制。

针对上述问题,用水系电解液代替有机电解液被认为是最有前景的方法之一，水系电解液的离子电导率比有机系电解液高2个数量级,因此电池具有更高的功率密度，由于不需要无水操作环境等苛刻条件,水系锂离子电池的生产成本大大降低。为此，很多研究者都致力于水系锂离子电池的研究。通常使用的水系锂离子正极活性物质如LiMn₂O₄、LiCoO₂、LiFePO₄。由于考虑到电解液pH与析氢/析氧电位的关系，以及避免循环性能进一步恶化，传统水性锂离子二次混合电池的电解液的pH值一般控制在弱酸性至者弱碱性的范围，同时电池的工作电压一般达到1.2V左右。

文献1：CN102903973A公开了一种低成本、安全可靠的水系锂离子二次混合电池，其使用的电解液的pH的范围为3-7，适合作为大型储能领域的 储能体系以及传统铅酸电池的替代品。

文献2：CN105098187A公开了一种自放电低的水系锂离子二次混合电池，其正极包括LiMn₂O₄、LiCoO₂、LiFePO₄等正极活性物质以及改性剂组分，电解液的pH的范围为3-7。

文献3：<Hybrid Aqueous Energy Storage Cells Using Activated Carbon and Lithium-Intercalated Compounds:I.The C/LiMn₂O₄System>,J.Electrochem.Soc,2006-153,A450.发现了LiMn₂O₄在pH为7附近的溶液中能发生稳定的嵌入/脱嵌反应。

文献4：<Electrochemical behavior of LiCoO₂as aqueous lithium-ion battery electrodes>,Electrochem Commun,2009,11:247–249.研究发现LiCoO₂在pH为7的5mol/L的LiNO₅溶液中具有良好的循环寿命。

截至目前，已经提出的水系锂离子二次混合电池的结构都未能摆脱基于锂离子脱出/嵌入原理的结构，比如己经有报道的VO₂/LiMn₂0₄,LiV₃0₈/LiNi_0.81Co_0.190₂,TiP₂0₇/LiMn₂0₄,LiTi₂(P0₄)₃/LiMn₂0₄,LiV₃O₈/LiCoO₂等。

发明内容

发明要解决的问题

本发明旨在提供一种在低成本、安全可靠的电池，所述电池在碱性条件下正极附近产生的气体以氧气形式析出，避免了产生碳氧化物的产生，从而能够减少对于正极中的碳的消耗或损失。电池的充放电电压范围为1.40-2.10V，电池容量为80-300mAh/g。