[發明專利]一種水系準固態鈉離子電池的制備方法及其結構

有效

• 申請號: 202010770981.3
• 申請日: 2020-08-04
• 公開（公告）號: CN111916850B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 劉宇;侯肖瑞;賀健;張娜;賀詩陽
• 申請（專利權）人: 太倉中科賽諾新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/36
• 分類號: H01M10/36;H01M10/04;H01M10/6565
• 代理公司: 上海兆豐知識產權代理事務所(有限合伙) 31241
• 代理人: 盧艷民

1.一種水系準固態鈉離子電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1，凝膠電解質制備步驟：凝膠電解質由質量分數為5～15％電解質鹽、75～90％水性介質、0.1～2％增塑劑和5～10％凝膠構成；凝膠成型后構成具有強度和韌性的三維立體網絡，溶于水性介質的電解質鹽填充于凝膠電解質的聚合物鏈；所述凝膠電解質采用熱壓、輥壓或流延成型形成凝膠態電解質薄膜；所述增塑劑采用鄰苯二甲酸酯類增塑劑、脂肪族二元酸類增塑劑、環氧酯類增塑劑和磷酸酯類增塑劑中的至少一種；

S2，正負極電極材料制備步驟：將質量分數為70～85％正極活性物質、10～20％導電碳材料以及5～10％電解質鹽或者步驟S1制備得到的凝膠電解質進行均勻混合，得到改性正極電極材料；將質量分數為70～85％負極活性物質、10～20％導電碳材料以及5～10％電解質鹽或者步驟S1制備得到的凝膠電解質進行均勻混合，得到改性負極電極材料；

S3，自支撐電極片制備步驟：采用完全不透水的柔性有機集流體作為基體，將步驟S2制備得到的改性正、負極電極材料通過涂覆、流延或壓制的方法涂覆在所述柔性有機集流體表面形成自支撐電極片；所述自支撐電極片包括復合電極片、正極電極片和負極電極片，所述柔性有機集流體的上下表面一一對應地涂覆改性正極電極材料和改性負極電極材料獲得復合電極片；所述柔性有機集流體的上下表面分別涂覆改性正極電極材料獲得正極電極片；所述柔性有機集流體的上下表面分別涂覆改性負極電極材料獲得負極電極片；其中，柔性有機集流體由有機聚合物材料基體和碳材料導電組分組成，經過吹塑、擠出和注塑工藝制備得到，同時用作集流體和密封材料；

S4，電池組裝步驟：采用凝膠電解質同時作為電解質和隔膜，若干自支撐電極片和若干凝膠態電解質薄膜按照依次間隔設置的方式進行疊加連接形成電池。

2.如權利要求1所述的一種水系準固態鈉離子電池的制備方法，其特征在于，步驟S1中，所述凝膠采用聚合物凝膠；所述電解質鹽采用硫酸鈉、硝酸鈉、次氯酸鈉和亞硫酸鈉中的至少一種；步驟S2中，所述導電碳材料采用活性炭、乙炔黑、泡沫碳、炭黑、科琴黑、天然石墨、人工石墨、碳納米管、介孔碳、KS-6、石墨烯和碳纖維中的至少一種；

所述正、負極活性物質采用聚陰離子結構的鈉離子導體，所述正、負極活性物質包括磷酸鹽、焦磷酸鹽、氟代聚陰離子化合物、硫酸鹽或硅酸鹽；正極活性物質為Na₃V₂(PO₄)₃、Na₂FeP₂O₇、Na₃V₂(PO₄)₃F₃和Na₂Fe₂(SO₄)₃，負極活性物質為NaTi₂(PO₄)₃。

3.如權利要求2所述的一種水系準固態鈉離子電池的制備方法，其特征在于，所述聚合物凝膠包括明膠、PVC、PAN或PMMA；所述鄰苯二甲酸酯類增塑劑包括鄰苯二甲酸二辛酯；所述脂肪族二元酸類增塑劑包括己二酸二辛酯；所述環氧酯類增塑劑包括環氧硬脂肪酸辛酯；所述磷酸酯類增塑劑包括磷酸三甲苯酯。

4.如權利要求1所述的一種水系準固態鈉離子電池的制備方法，其特征在于，步驟S3中，所述柔性有機集流體由有機聚合物材料基體和碳材料導電組分組成，所述有機聚合物材料基體采用耐酸堿腐蝕的有機聚合物，所述有機聚合物材料采用聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯或聚苯硫醚；所述碳材料導電組分采用活性炭、乙炔黑、石墨、碳納米管、介孔碳、石墨烯或碳纖維；

所述柔性有機集流體的厚度為0.05～0.5mm，表面電阻率為0.2～200Ω.cm，拉伸強度為2～20Mpa。

5.如權利要求1所述的一種水系準固態鈉離子電池的制備方法，其特征在于，所述凝膠態電解質薄膜的厚度為0.2～5mm，所述自支撐電極片長度為20～200mm，寬度為20～200mm，厚度為0.5～3mm。