[发明专利]一种固态或胶态水系碱金属离子电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种固态或胶态水系碱金属离子电池及其制备方法，所述电池包括集流体、正极、负极、隔膜，所述电池为固态或凝胶态结构，无流体介质；所述正极包括正极活性物质、含碱金属离子的碱和/或盐以及胶态物质；所述负极包括负极活性物质、含碱金属离子的碱和/或盐以及胶态物质。本发明的固态或胶态水系碱金属离子电池由于没有水溶液电解质，因而可以大大降低电池的质量和体积，进而提高水系碱金属离子电池的质量比能量和体积比能量。

技术领域

本发明涉及一种固态或胶态水系碱金属离子电池，属于二次电池领域，也属于能源材料技术领域。

背景技术

近年来，随着环境污染和能源危机的加剧，掀起了一场以推动可再生能源发展为核心的新能源革命。太阳能、风能等可再生能源具有资源丰富、清洁无污染等特点，被认为是解决能源问题的根本和长期的途径。然而，太阳能和风能等受到自然条件的限制具有间歇性、不稳定等特点，而且不能随需求来控制，难以并网发电，必须利用大规模储能系统保障电网稳定性和电力供应的连续性。

由于电网对储能技术的需求，不同的储能体系被用来作为储能设备进行研究。而水体系碱金属离子电池由于具有原料来源丰富、环境友好、安全性高与价格便宜等因素是该领域的非常具有应用前景的候选者而吸引了人们的广泛关注。

然而，目前国内外水系碱金属离子电池的研究都未能摆脱水溶液电解质所引发的各种问题。在水溶液中循环使用的电池，必须克服电极材料在水溶液中的溶解以及盐溶液对电极的长期(10～20年)持续不断的缓慢腐蚀；同时，由于水的理论电解电压只有1.23V，因此极大地限制了水系碱金属离子电池的质量比能量；电池中包含大量水溶液，移动场景使用容易产生漏液现象，同时水溶液在电池中占有较大的质量比和体积比，这进一步限制了水系碱金属离子电池的质量比能量和体积比能量。目前已见报道的这类产品质量比能量均不超过25W·h/kg。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种固态或胶态水系碱金属离子电池及其制备方法。

一方面，本发明提供一种固态或胶态水系碱金属离子电池，所述电池包括正极、负极、隔膜，所述电池为固态或凝胶态结构，无流体介质；

所述正极包括正极活性物质、含碱金属离子的碱和/或盐以及胶态物质；

所述负极包括负极活性物质、含碱金属离子的碱和/或盐以及胶态物质。

本发明的固态或胶态水系碱金属离子电池由于没有水溶液电解质，因而可以大大降低电池的质量和体积，进而提高水系碱金属离子电池的质量比能量和体积比能量。它既能保留水系碱金属离子电池的原料来源丰富、环境友好与价格便宜的优点，又能够进一步提高电池的安全性，并能缓解电极材料腐蚀、电池电动势低、水分解的问题。而且具有无泄漏、形状可控等优点。优选地，在正极中，正极活性物质和含碱金属离子的碱和/或盐均匀分布在胶态物质中。优选地，在负极中，负极活性物质和含碱金属离子的碱和/或盐均匀分布在胶态物质中。

较佳地，所述正极活性物质为碱金属离子可嵌入和脱出的材料，优选为钠基普鲁士蓝类化合物、λ-MnO2、Na0.22MnO2、Na0.44MnO2、NaMnO2中的至少一种。

较佳地，所述负极活性物质为碱金属离子可嵌入和脱出的材料，优选为(TiO)2P2O7、NaTi2(PO4)3中的至少一种。