[發明專利]一種全固態鈉硫電池及其制備方法

在審

• 申請號: 201910909976.3
• 申請日: 2019-09-24
• 公開（公告）號: CN110649314A
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發明（設計）人: 蘇鑫;王強;曾洪華
• 申請（專利權）人: 廣東天勁新能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/058;H01M10/054;H01M4/62
• 代理公司: 44357 深圳市深聯知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 黃立強

本發明公開一種全固態鈉硫電池及其制備方法，該全固態鈉硫電池包括電池正極、全固態電解質層、電池負極；其中，全固態電解質層為電解質鈉鹽，電池負極包括負極活性材料；電池正極包括正極集流體和正極活性材料層，正極集流體為金屬、金屬合金或金屬復合物導電材料，正極活性材料層包括能容許組成鈉鹽的陰離子自由吸附與脫出的材料。與現有鋰離子電池相比，該全固態鈉硫電池使用鈉鹽替代了鋰鹽，使得其應用不受鋰資源的制約。放電過程中產生的多硫化物，該多硫離子在正負極之間產生遷移，即多硫化物穿梭效應，而滑石是層狀結構，作為路易斯酸可以很好的吸附路易斯堿的多硫化物，從而達到抑制多硫化物穿梭效應的效果。

技術領域

本發明涉及固態電池技術領域，特別涉及一種全固態鈉硫電池及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池具有能量密度高、能量效率高、循環壽命長、無記憶效應、快速放電等優點，因而在消費電子產品和電動交通工具、電網調峰、儲能電源、航空航天等領域有巨大市場需求。但是，當前，鋰離子電池面臨著鋰資源儲量有限、成本高的缺點。作為潛在取代鋰離子電池的儲能技術，鈉離子、鈉金屬電池在近幾年日益受到關注，全固態鈉-硫電池便是其中之一。相比于傳統鋰離子電池，鈉-硫電池具有使用成本低、高能量密度、長壽命、運行維護方便、對環境污染小的優點。目前，鈉硫電池主要作為儲能電池開發研究，已建成的相關項目主要集中在日本，少部分在美國和德國。最早的鈉硫二次電池主要基于β型的氧化鋁固體電解質，鈉負極和硫正極，使用溫度較高；中溫下的鈉硫二次電池以Na₂S/S為正極，負極為鈉金屬，β″型氧化鋁陶瓷片作為固體電解質；室溫下的鈉硫二次電池，正極采用硫碳復合材料，負極為金屬鈉，電解質是聚合物電解質或有機電解液。全固態鈉-硫電池的核心組成部件包含正極、負極和固態電解質，它通過發生在正極、負極與電解質界面上的離子傳輸與電子傳輸相分離的吸附和插層來實現電能存儲與釋放。放電時，負極材料中的鈉失去電子變為鈉離子，經過電解質傳輸到正極中，傳輸過來的鈉離子與正極的硫及電子反應生成硫化物；充電時，過程相反。

現有鋰離子電池中所需的鋰資源儲量非常有限，導致在使用過程中成本不斷攀升，且鋰離子石墨負極的制備增加了鋰離子電池的生產流程。而基于鈉硫電池開發出的正負極材料種類非常有限，且研究基本只限于對鈉硫電池中的液體電解質，同時已開發材料的鈉硫電池的電化學性能不是很理想，成本高，材料稀少，而且制備工藝也較為復雜。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種全固態鈉硫電池及其制備方法。本發明的目的在于克服現有技術的不足，旨在解決現有的鋰離子電池鋰資源儲量有限、成本高的缺點，以及現有全固態鈉硫電池的多硫化物的穿梭效應，制備工藝復雜，成本高，電化學性能不理想等問題。

為實現上述目的，本發明的具體技術方案如下：

一種全固態鈉硫電池，包括：電池正極、全固態電解質層、電池負極；其中，全固態電解質層為電解質鈉鹽，電池負極包括負極活性材料；電池正極包括正極集流體和正極活性材料層，正極集流體為金屬、金屬合金或金屬復合物導電材料，正極活性材料層包括能容許組成鈉鹽的陰離子自由吸附與脫出的材料。

作為本發明一優選方案，電池正極集流體選自涂炭鋁箔、涂炭銅箔、涂炭鐵箔、涂炭錫箔、涂碳鋅箔、涂炭鎳箔、涂炭鈦箔、涂炭錳箔中的一種或其合金，或，其中任意一種金屬的復合物或其中任意一種的合金。優選地，所述正極集流體為涂炭鋁箔。