[发明专利]水系双离子电池

说明书

一种水系双离子电池，包括负极、正极及介于所述负极与所述正极之间的电解液。负极为可存储卤素阴离子的金属卤氧化物，正极为可存储钠离子的材料。负极的金属卤氧化物可以是氯氧化物、溴氧化物、碘氧化物及氟氧化物中的一种。可存储钠离子的具有可逆氧化还原的正极的可以是磷酸钒钠、磷酸钛钠、氧化物、普鲁士蓝、铁基普鲁士蓝及其他普鲁士蓝衍生物中的一种。电解液为卤化钠水溶液。电解液的卤元素与构成所述负极的所述金属卤氧化物的卤元素相同。电解液优选为氯化钠水溶液，负极优选为氯氧化铋。电解液中可以加入添加剂，添加剂可在负极及正极中的至少一个电极表面形成固体电解质膜。添加剂可以包括尿素及/或碳酸亚乙烯酯。

技术领域

本发明涉及电池领域，尤其涉及一种水系双离子电池。

背景技术

目前广泛应用的锂离子电池面临资源枯竭和成本高昂等方面的问题。相比之下，钠离子电池得到了关注。目前基于钠离子的双离子电池的电解液具有易燃特性且成本较高，因此双离子电池的应用开发受到阻碍。水系双离子电池也存在因电极材料的溶解导致的容量快速衰减和电池失效，以及电压窗口受到水的分解电压的限制等问题。

因此，期望提供一种能够解决上述问题的水系双离子电池。

发明内容

根据一个实施例，本发明提供一种水系双离子电池，所述水系双离子电池包括：负极、正极及介于所述负极与所述正极之间的电解液。所述负极为可存储卤素阴离子的金属卤氧化物；所述正极为可存储钠离子的材料。

优选地，所述金属卤氧化物为氯氧化物，溴氧化物，碘氧化物及氟氧化物中的一种；所述可存储钠离子的具有可逆氧化还原的正极的材料为磷酸钒钠、磷酸钛钠、氧化物、普鲁士蓝、铁基普鲁士蓝及其他普鲁士蓝衍生物中的一种；所述电解液为卤化钠水溶液。

优选地，构成所述电解液的卤元素与构成所述负极的所述金属卤氧化物的卤元素相同。

优选地，所述电解液为氯化钠水溶液，所述金属卤氧化物为氯氧化铋。

优选地，根据本实施例的水系双离子电池还包括加入所述电解液中的添加剂，所述添加剂可在所述负极及所述正极中的至少一个电极表面形成固体电解质膜。

优选地，所述添加剂包括尿素。进一步优选地，所述尿素的浓度为10mol/L。

优选地，所述添加剂还包括碳酸亚乙烯酯。进一步优选地，所述尿素的浓度为10mol/L，所述碳酸亚乙烯酯的添加比为2vt％。

优选地，所述尿素及所述碳酸亚乙烯酯在所述双离子电池的首圈充放电循环过程中参与反应并分解，从而在所述负极及所述正极中的至少一个电极表面形成固体电解质膜。

附图简要说明

结合附图将更全面地理解实施例的特征，其中：

图1为根据本发明一个实施例的水系双离子电池的正负极循环伏安曲线及电解液的稳定窗口示意图。

图2为根据本发明一个实施例的水系双离子电池的循环伏安曲线示意图。

图3A为根据本发明一个实施例的水系双离子电池在饱和氯化钠溶液中的循环曲线示意图。

图3B为根据本发明一个实施例的水系双离子电池在饱和氯化钠溶液及尿素溶液作为添加剂的电解液中的循环曲线示意图。

图3C为根据本发明一个实施例的水系双离子电池在饱和氯化钠溶液尿素溶液、碳酸亚乙烯酯作为添加剂的电解液中的循环曲线示意图。

图4为根据一个实施例的水系双离子电池的长循环测试结果曲线示意图。

图5A为根据一个实施例水系双离子电池的磷酸钒钠正极在饱和的氯化钠溶液的电解液中的循环伏安曲线对比示意图。