[發明專利]一種鈉離子全電池

在審

• 申請號: 201810028454.8
• 申請日: 2018-01-12
• 公開（公告）號: CN108232161A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 李福軍;王晨晨;宋明明;王劉彬;陳軍
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/58;H01M4/60;H01M4/62;H01M10/054;H01M10/0568;H01M10/0569;H01M10/058
• 代理公司: 天津耀達律師事務所 12223
• 代理人: 侯力

本發明針對現有鈉離子全電池能量密度和功率密度低的問題，提出一種新型高能量、高功率密度鈉離子全電池，包括負極材料鉍或錫(Bi/Sn)、正極材料磷酸釩鈉(Na₃V₂(PO₄)₃)以及醚類電解液的體系。本發明利用Bi/Sn的高比容量，提高了鈉離子全電池的能量密度；同時利用Bi/Sn和Na₃V₂(PO₄)₃的高倍率性能提升鈉離子全電池功率密度。在該體系中，使用Bi(Sn)作為負極材料、Na₃V₂(PO₄)₃作為正極材料時，在927W/kg(1288W/kg)的功率密度下，能量密度高達154.5Wh/kg(253.7Wh/kg)。本發明所提出的鈉離子全電池在大規模儲能方面具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬電化學技術領域，具體涉及一種高能量、高功率密度鈉離子全電池。

背景技術

隨著儲能體系的不斷發展，鋰的需求量大大增加，但鋰資源儲量有限，嚴重制約了鋰離子電池向大規模儲能方面的應用。相對于鋰離子電池而言，豐富的鈉資源使鈉離子電池被認為是下一代大規模儲能技術的最佳選擇之一。

然而由于較大的鈉離子半徑(Na⁺半徑為Li⁺半徑為)不利于其在宿主材料中的脫嵌，低的鈉離子電池能量密度和功率密度是限制其發展的重要問題。電極材料和電解液的選擇對電池的能量及功率密度等性能起到決定性作用。目前，在整個鈉離子電池研究領域，正極材料的電化學性能得到有效提升。鈉超離子導體正極材料的電壓普遍較高，且具有很好的穩定性和高倍率性能。這不僅彌補了鈉離子電池電壓較低的問題，也給大功率全電池的發展提供了基礎。相比之下，鈉離子電池負極對材料的選擇要求更高，不僅要有合適的嵌鈉電位，更要消除體積效應帶來的負面影響。然而，目前的研究仍難以提供兼顧高能量、高功率密度及循環穩定性的鈉離子全電池體系。因此，選擇理想的正負極材料以及與之相匹配的電極液來開發一種新型的電池體系對推動鈉離子電池的工業化發展具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是解決現有鈉離子全電池能量密度和功率密度低的問題，提高鈉離子全電池的能量密度、功率密度，提供一種基于Bi(Sn)/Na₃V₂(PO₄)₃電極對的高能量、高功率密度鈉離子全電池。該電池使用Bi(Sn)作為負極材料、Na₃V₂(PO₄)₃作為正極材料時，在927W/kg(1288W/kg)的功率密度下，能量密度高達154.5Wh/kg(253.7Wh/kg)，在 -15℃的低溫下也能體現出很好的電化學性能。

本發明的技術方案如下：

一種鈉離子全電池，包括負極極片、正極極片、電解液和隔膜等；所述負極極片、正極極片分別由集流體和涂覆在所述集流體上的負極材料、正極材料組成；所述負極材料包括負極活性物質商業化金屬鉍或錫，正極材料包括正極活性物質磷酸釩鈉材料；所述電解液包括醚類有機溶劑和鈉鹽。

優選的是，所述負極材料由以下質量分數的物質組成：80％的金屬鉍或錫，10％的導電炭黑，10％的羧甲基纖維素鈉；所述金屬鉍或錫和導電炭黑分散于羧甲基纖維素鈉膠液中制成負極漿料。

優選的是，所述正極材料由以下質量分數的物質組成：80％的Na₃V₂(PO₄)₃，10％的導電炭黑，10％的聚偏氟乙烯；所述Na₃V₂(PO₄)₃和導電炭黑分散于聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮膠液中制成正極漿料。