[发明专利]钡基双离子电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钡基双离子电池及其制备方法，涉及电化学储能器件领域。钡基双离子电池包括负极、正极、介于正负极之间的隔膜以及电解液；负极材料活性物质为能够可逆地嵌入、脱嵌钡离子的层状材料；正极材料活性物质为能够可逆地嵌入、脱嵌电解液中阴离子的层状材料；电解液包括钡盐和非水溶剂。本发明缓解了现有的锂离子电池锂资源储量有限、成本高的缺点，以及现有锂离子电池电极材料有限，电化学性能不理想的问题。本发明是一种新的电池体系，体系中电荷的储存与释放通过钡阳离子和相对应的阴离子的迁移实现，正、负极材料简单、易得、环保、安全，使电池的生产工艺简单，成本低，钡基双离子体系电池的电化学性能较为优异。

技术领域

本发明涉及电化学储能器件技术领域，具体而言，涉及一种钡基双离子电池及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是当下一种高效的、可重复充放电、多次使用的二次电池，由于其具有高能量密度、高工作电位、环境友好、质轻以及寿命长循环等优点，而广泛应用于各个行业。同时锂离子电池也面临着由于锂资源的使用而导致锂含量的减少以及储量有限、成本较高等劣势，导致在使用过程中成本不断攀升。

为了解决这一问题，日趋发展研究其他的离子电池作为潜在取代锂离子电池的储能技术，如钠离子电池、钾离子电池等，对于这些离子的研究刚刚起步，电池的容量、循环性能还未达到较好水平，且制备工艺也较为复杂。

另一方面，双离子电池例如锂双离子电池的工作原理也有别于传统锂离子电池，充电过程中，正极石墨发生阴离子插层反应，而铝负极发生铝-锂合金化反应，放电过程则相反。这种新型反应机理不仅显著提高了电池的工作电压，同时大幅降低电池的质量、体积及制造成本，从而全面提升了电池的能量密度，从而提高电池的续航时间。关于其他离子的双离子电池的报道很少，而且这些其他双离子电池存在电极材料有限、制作成本高、活性材料利用率低、制备工艺复杂以及电化学性能不理想的问题。目前还没有针对钡离子电池以及双离子反应体系的电池的报道。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种钡基双离子电池，是一种新的电池体系，负极材料为能够可逆地嵌入、脱嵌钡离子的层状材料，正极材料为能够可逆地嵌入、脱嵌电解液中阴离子的层状材料，电解质为钡盐，体系中电荷的储存与释放通过钡阳离子和相对应的阴离子的迁移实现，正、负极材料简单、易得、环保、安全，使电池的生产工艺简单，成本低，钡基双离子体系电池的电化学性能较为优异。

本发明的目的之二在于提供一种钡基双离子电池的制备方法，将负极、电解液、隔膜、正极进行组装，生产工艺简单、成本低。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种钡基双离子电池，包括负极、正极、介于正负极之间的隔膜以及电解液；

所述负极包括负极集流体和负极材料，负极材料包括负极材料活性物质，负极材料活性物质为能够可逆地嵌入、脱嵌钡离子的层状材料；

所述正极包括正极集流体和正极材料，正极材料包括正极材料活性物质，正极材料活性物质为能够可逆地嵌入、脱嵌电解液中阴离子的层状材料；

所述电解液包括钡盐和非水溶剂。

优选地，在本发明技术方案的基础上，能够可逆地嵌入、脱嵌钡离子的层状材料包括石墨类碳材料、普鲁士蓝及其类似物、硫化物、隧道结构锰氧化物、金属-有机骨架材料、二维过渡金属碳化物或碳氮化物中的一种或至少两种；

优选地，石墨类碳材料包括中间相碳微球石墨、天然石墨、膨胀石墨、玻璃碳、碳碳复合材料、碳纤维、硬碳、多孔炭、高取向石墨、炭黑、碳纳米管或石墨烯中的一种或至少两种，优选为膨胀石墨；

优选地，普鲁士蓝及其类似物包括亚铁氰化钾、亚铁氰化钛钾、亚铁氰化锰钾或亚铁氰化钒钾中的一种或至少两种；