1.一种基于氢氧化镍正极和钛基离子嵌入型负极的水系锂/钠离子双液电池,其特征在于,具体组成包括:氢氧化镍正极、含有锂离子或钠离子的碱性正极液、磷酸钛锂或磷酸钛钠负极、含有锂离子或钠离子的中性负极液、H型电解池和用于防止正负极接触的电子绝缘多孔膜;所述氢氧化镍正极在碱性正极液下能够稳定工作且具有较高能量密度;所述磷酸钛锂或磷酸钛钠负极在中性负极液中能够可逆储存锂离子或钠离子;所述电子绝缘多孔膜用于分隔碱性正极液和中性负极液,能够容许阳离子的有效通过,排斥阴离子的通过,其中阳离子为锂离子、钠离子,阴离子为氢氧根离子;
其中磷酸钛锂负极的双液水系锂离子电池充电过程:
‑ ‑
正极:2Ni(OH)2+2OH‑2e→2NiOOH+2H2O;
+ ‑
负极:LiTi2(PO4)3+2Li+2e→Li3Ti2(PO4)3;
放电过程:
‑ ‑
正极:2NiOOH+2H2O+2e→2Ni(OH)2+2OH;
‑ +
负极:Li3Ti2(PO4)3‑2e→LiTi2(PO4)3+2Li;
其中磷酸钛钠负极的双液水系钠离子电池充电过程:
‑ ‑
正极:2Ni(OH)2+2OH‑2e→2NiOOH+2H2O;
+ ‑
负极:NaTi2(PO4)3+2Na+2e→Na3Ti2(PO4)3;
放电过程:
‑ ‑
正极:2NiOOH+2H2O+2e→2Ni(OH)2+2OH;
‑ +
负极:Na3Ti2(PO4)3‑2e→NaTi2(PO4)3+2Na。
2.根据权利要求1所述基于氢氧化镍正极和钛基离子嵌入型负极的水系锂/钠离子电池,其特征在于,所述磷酸钛锂或磷酸钛钠负极包含负极活性材料,负极活性材料为磷酸钛锂或磷酸钛钠,磷酸钛锂或磷酸钛钠先通过典型的溶胶凝胶法获得600‑800nm纳米的颗粒大小,再通过高能球磨减少颗粒尺寸,通过以甲苯为碳源气相沉积对其表面进行碳包覆,其表面碳包覆厚度在2‑5nm,用于提高电极材料的导电性和稳定性,纳米尺度和碳包覆效应能够有效缩短锂离子和钠离子的嵌入/脱出过程中的扩散路径,并增强电极材料的电子电导使其具有更好的倍率性能。
3.根据权利要求1所述的基于氢氧化镍正极和钛基离子嵌入型负极的水系锂/钠离子电池,其特征在于:所述氢氧化镍正极为片状的氢氧化镍纳米片,片状的氢氧化镍纳米片包含了集流体和氢氧化镍碳基复合活性材料,所述氢氧化镍碳基复合活性材料由氢氧化镍直接在碱性的水相溶液中通过共沉淀法制得,所制备的氢氧化镍活性材料表面通过碳基材料复合以提高其电子导电性,所述碳基材材料为石墨烯、碳黑、碳纤维、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种或几种。
4.根据权利要求1‑3任一所述的基于氢氧化镍正极和钛基离子嵌入型负极的水系锂/钠离子电池,其特征在于:所述磷酸钛锂或磷酸钛钠负极和氢氧化镍正极通过辊压机擀膜工艺制备,添加额外导电剂和粘结剂混合均匀得混合组分后以辊压的方式制备成均匀厚度的电极膜,压制在导电集流体上制备成电极,所述的粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚烯烃、聚乙烯醇、丁苯橡胶中的一种或几种;添加额外导电剂为乙炔黑、Super P、科琴黑、碳黑中的一种或多种;混合组分中按质量份数配比正负极活性材料30‑80份、导电剂5‑30份、粘结剂1‑10份,将通过擀膜工艺制备的支撑电极膜与集流体压制符合,形成均匀厚度的电极片,其电极膜中活性物质的担载量在2‑10mg/cm。
5.根据权利要求4所述的基于氢氧化镍正极和钛基离子嵌入型负极的水系锂/钠离子电池,其特征在于:所述磷酸钛锂或磷酸钛钠负极和氢氧化镍正极使用的集流体是具有高电子电导的固体网格,固体网格是导电石墨网、钛网、镍网、钼网、铜网、铝网、不锈钢网中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的基于氢氧化镍正极和钛基离子嵌入型负极的水系锂/钠离子电池,其特征在于:所述水系锂/钠离子电池的H型电解池构建的电解液体系为含有锂离子或钠离子的碱性正极液、含有锂离子或钠离子的中性负极液双液体系,即正负极电解液不同,正极采用的为偏碱性的碱性正极液电解液以保证氢氧化镍的正常工作,负极采用的偏中性的中性负极液电解液可逆地脱嵌锂离子或钠离子,磷酸钛锂或磷酸钛钠负极工作时需要通氮气或氩气预先排除H型电解池内的氧气,以减少水系锂/钠离子电池的不可逆影响。
7.根据权利要求1所述的基于氢氧化镍正极和钛基离子嵌入型负极的水系锂/钠离子电池,其特征在于:所述碱性正极液和中性负极液必须含有锂离子或者钠离子,其锂/钠离‑1子的浓度范围为1‑10mol L ,其中的锂离子或钠离子主要起到离子迁移和平衡电荷的作
2‑ ‑ ‑ ‑
用,相应的阴离子为硫酸根(SO4 )、硝酸根(NO3)、高氯酸根(ClO4)、氯离子(Cl)和氢氧根‑ ‑(OH)中的一种或几种,其中OH离子的浓度范围控制在0.01‑1mol/L。
8.根据权利要求1或7所述的基于氢氧化镍正极和钛基离子嵌入型负极的水系锂/钠离子电池,其特征在于:中性负极液中包含Li2SO4、LiNO3、LiCl、LiClO4、Na2SO4、NaNO3、NaCl、NaClO4中的一种或者几种。
9.根据权利要求1或7所述的基于氢氧化镍正极和钛基离子嵌入型负极的水系锂/钠离子电池,其特征在于,碱性正极液中包含LiOH或NaOH,其浓度范围为0.01‑1mol/L,此外还包含Li2SO4、LiNO3、LiCl、LiClO4、Na2SO4、NaNO3、NaCl、NaClO4中的一种或者几种。
10.根据权利要求1所述的基于氢氧化镍正极和钛基离子嵌入型负极的水系锂/钠离子电池,其特征在于:所述的用于防止正负极接触的为电子绝缘多孔膜,电子绝缘多孔膜是阳离子交换膜、半渗透膜、反渗透膜、Nafion膜、双极膜中的一种或几种,其厚度在30‑200μm之间。