【技术】水系电池讲解！

研究背景

在追求更可靠、更经济的能源存储解决方案的过程中，人们对水系电解质电池的兴趣正在激增。如今商用水系电池缺乏在快速发展的交通和电网存储领域竞争所需的能量密度和循环寿命，但随着新材料和电池设计策略的发展，这种情况将会改变。传统水系电池的许多限制已经被诸如选择性膜、稀水电解质和新型电极反应等创新所缓解。因此，前所未有的广泛的电极化学物质可以通过模块化电池设计以以前不可能的方式配对，以达到传统水系电池无法达到的性能指标。然而，这些创新改变了水系电池的传统特性，并可能导致妥协。

电化学储能

铅酸电池：价格低廉。能量密度低，循环次数有限，污染严重。

锂电池：价格低廉，应用最广泛、能量密度高、充放电快，研究潜力大。

全钒液流电池：能量密度低，产业化成本较高。

钠硫电池：比容量高，存在高温运行安全隐患。

锂离子电池简介

工作原理：基于浓差关系的锂离子嵌入-脱出

结构组成：正极，负极，隔膜，电解液

常用正极材料：钴酸锂，锰酸锂，镍酸锂等；

常用负极材料：磷酸钛基材料，碳基材料，合金型材料等

输出电压：3.6V

水/有机系锂电池性能对比表

离子电导率比有机电解质高出几个数量级，电池的比功率可望得到较大提高；

避免了采用有机电解质所必需的严格组装条件，成本大大降低；

安全性能高，生产环境良好，环境友好，适合大规模能源贮存系统的应用；

LiTi2(PO4)3负极材料

合成方法

高温固相法

优势：工艺流程简单，易于实现工业化 。

难点：反应温度较高，时间长，会有明显的锂损失，产物粒径不易控制。

共沉淀法

优势：产物粒径小、粒度分布均匀等。

溶胶-凝胶法：

优势：方法简单，成本低，产物的粒径小且均匀、纯度高、结晶温度较低，

是未来工业化的理想选择。

水/溶剂热法：

优势：晶型和粒径易于控制，与高温固相法相比，其反应温度低。相比溶胶-凝胶法，产物的电化学性能更优。

NASICON型化合物合成方法

高温固相法工艺路线图

技术难点：

合成路线工业化：文献报道多为实验室路线，工业化路线有待探索

粒径控制：颗粒团聚，缩短了粒子扩散路径，降低了导电性

本征电子电导率低：限制了材料的动力学行为，增强极化

改性研究：

改性思路

优势碳包覆材料简介

优势碳包覆材料研究现状

Sun等采用水热法制备前驱体，以葡萄糖为碳源，制备得到层状LTP/C复合材料。0.2C倍率下，放电容量为127mA·h/g。经循环100次后，放电容量为121mA·h/g。20C倍率下，比容量为84mA·h/g。碳包覆层为5 nm。

元素掺杂简介

元素掺杂研究现状

He等用溶胶-凝胶法制备四价Sn掺杂的LiTi2-xSnx(PO4)3/C复合材料。当x=0.3时，表现出优秀的电化学性能。以 LiMn2O4为负极，饱和Li2SO4溶液作为电解液，在20C倍率下，放电容量分别可达104.2mA·h/g。10C倍率下经1000次循环，容量保持率为 76.8%。

来源：锂电那些事