[发明专利]水系钠离子二次电池

说明书

本发明公开了一种水系钠离子二次电池。所述电池包括正极、负极、隔膜和电解液，正极的活性材料为普鲁士蓝化合物Zn3[Fe(CN)6]2，负极的活性材料为磷酸钛钠，电解液的溶质为高氯酸钠和聚乙二醇。本发明在水系电解液中，通过加入聚乙二醇，既保持了水系电解液中离子迁移率高的优点，又极大地提高了电解液稳定的工作电压窗口，同时提高电极材料的稳定性。本发明的水系钠离子二次电池具有高电压、高倍率和高稳定性的电化学性能，在1C＝60mA/g的电流下进行充放电性能测试，工作电压为1.6V～1.65V，倍率可达到40C以上以及循环数百次，其库伦效率接近100％，容量保持率大于90％。

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种水系钠离子二次电池。

背景技术

水系离子电池因其更为安全且有望实现快速充放电而备受关注。其工作原理与二次锂离子电池类似，与现在的有机二次离子电池相比，水系离子电池具有低成本，高安全性，环境友好以及离子迁移率高等优势。

锂离子二次电池因其较高的能量密度和较长的使用寿命，而被广泛应用，尤其是在笔记本电脑、手机、照相机等高科技电子产品中，推动了电子设备的轻小型化。但是，因为采用有机溶液作为电解液，从而使离子的迁移速率远远低于水系电解液，限制了电池的快速充放电。此外，有机电解液一般都有毒害，而且在较高的温度下容易燃烧，这给环境和人身都带来了较大的安全隐患。根据不同的离子种类，水系离子二次电池可分为碱金属离子电池(Li+、Na+和K+等)和高价金属离子电池(Mg2+、Zn2+和Al3+等)。由于高价金属离子的活泼性和电荷密度等原因，导致其在电极材料中的嵌入和脱出都较为困难，难以找到合适的电极材料。因此，目前的研究主要在水系碱金属离子电池上。与水系锂离子电池相比较，水系钠离子电池因其丰富的钠资源(地壳丰度2.74％)而有望降低成本，对于大规模、固定式储能场合，水系钠离子电池被认为是替代水系锂离子电池作为下一代储能电源的理想选择。目前已知的水系钠离子电池主要有NaMn2(CN)6/Na2CuFe(CN)6(M.Pasta,etal.Commun.2014,5,3007)、K0.27MnO2/NaTi2(PO4)3(L.Yang,et al,AcsAppl.Mater.Interfaces.2016,8，14564-14571)、Na3MnTi(PO4)3/Na3MnTi(PO4)3(H.Gao,J.B.Goodenough,Angew.Chem.Int.Ed.2016，55，12768-12772)以及PPy/KCuFe(CN)6(M.Pasta,et al.Commun.2012,3,1149)等。但是它们都存在着工作电压低(＜1.5V)和寿命短的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种工作电压高、倍率好，循环寿命长的水系钠离子二次电池。

实现本发明目的的技术方案如下：