[发明专利]一类混合锂/钠离子电池

说明书

本发明公开了一类混合锂/钠离子电池，其中正极材料为钠基材料，可作为锂离子电池正极材料，其分子式为Na₃(VO)₂(PO₄)₂F，负极材料为锂离子电池常见负极材料。该混合锂/钠离子电池中正负极片的活性物质质量比为2.0‑3.0，电解液为1M LiPF₆/EC+DMC+DEC(体积比1:1:1)，LiPF₆/EC+DMC(体积比1:1)，LiPF₆/EC+DEC(体积比1:1)等。本发明提供的混合锂/钠离子电池价格低廉，电化学性能优异，且在低温环境下也具有良好的性能，拓宽了其适用范围。

技术领域

本发明属于锂离子电池和电化学技术领域，具体涉及一种价格低廉、电化学性能优异、适用范围广的混合锂/钠离子电池。

背景技术

锂离子电池因具有长循环寿命，高能量密度，安全稳定和无记忆效应等优点，在能量存储方面有着重要的作用并且有广泛的应用，从便携式电子设备，如笔记本电脑和手机，到日益增长的电动汽车、混合动力汽车和大规模能源储存。但是由于地壳中锂元素丰度低，其应用的成本较高且广泛性受到限制。而钠元素与锂元素位于同一主族，它们的化学、物理性质相似，所以钠离子电池与锂离子电池具有相似的工作原理和储能机理，且钠资源储量丰富、分布广泛，有望作为锂离子电池的替代者。然而，由于Na⁺的离子半径比Li⁺大，所以限制了钠离子在电极材料中的可逆脱嵌过程，从而影响电池的电化学性能。因此，在充分发挥锂离子电池优势的同时，克服钠离子电池的缺点是十分必要的。

混合锂/钠离子电池应该是实现这个目标的一个有效的设计。2006年，J.Baker等人首次提出了混合型锂离子电池的概念，研究表明，钠基材料与传统锂离子正极材料具有相似的储锂机理。目前，混合锂/钠离子电池使用不含锂的化合物作为传统锂离子电池的低成本电极材料，已经引起了强烈的关注。通常混合锂/钠离子电池与钠离子电池相比表现出较好的电化学性能，与锂离子电池相比价格低廉。

本专利将钠基化合物氟代磷酸钒氧钠作为锂离子电池正极材料，使用含LiPF₆的有机电解液，与锂离子电池常见负极材料匹配、组装成混合锂/钠离子电池，表现出良好的电化学性能。

发明内容

本发明目的是提供了一类混合锂/钠离子电池，且表现出价格低廉、电化学性能优异、适用范围广的特点。

本发明中的正极材料为钠基材料，可作为锂离子电池正极材料，其分子式为Na₃(VO)₂(PO₄)₂F，也可写为Na₃V₂O₂(PO₄)₂F、Na₃V₂(PO₄)₂O₂F、Na₃{V₂O₂F[PO₄]₂}或者FNa₃[PO₄]₂[VO]₂，空间群I4/mmm，属于四方晶系。

本发明方法是通过下述技术方案实现的：

一种混合锂/钠离子电池，包括外壳、正极极片、负极极片、隔膜和电解液，所述正极极片包括正极活性物质、粘结剂及导电剂；所述负极极片包括负极活性物质、粘结剂及导电剂；所述电解液为锂离子电池通用的有机电解液。

如上所述正极活性物质和负极活性物质分别是钠基材料Na₃(VO)₂(PO₄)₂F和锂离子电池常见负极材料，如石墨、钛酸锂以及合金类材料等。