[發(fā)明專利]一種水系準固態(tài)鈉離子電池的制備方法及其結(jié)構(gòu)

有效

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• 申請日: 2020-08-04
• 公開（公告）號: CN111916850B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發(fā)明（設計）人: 劉宇;侯肖瑞;賀健;張娜;賀詩陽
• 申請（專利權(quán)）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(chǎn)權(quán)代理事務所(有限合伙) 31241
• 代理人: 盧艷民

本發(fā)明公開了一種水系準固態(tài)鈉離子電池的制備方法，包括凝膠電解質(zhì)制備步驟、正負極電極材料制備步驟、自支撐電極片制備步驟和電池組裝步驟，采用聚合物凝膠電解質(zhì)，可以解決水系鈉離子電池比能量低的問題，拓展在柔性儲能器件和可穿戴設備中的使用。本發(fā)明還公開了一種水系準固態(tài)鈉離子電池的結(jié)構(gòu)，包括若干復合電極片和若干凝膠態(tài)電解質(zhì)薄膜，復合電極片和凝膠態(tài)電解質(zhì)薄膜從下至上依次間隔設置。本發(fā)明還公開了一種水系準固態(tài)鈉離子電池的結(jié)構(gòu)，包括若干負極電極片、若干凝膠態(tài)電解質(zhì)薄膜和若干正極電極片，所述負極電極片、凝膠態(tài)電解質(zhì)薄膜和正極電極片從下至上依次間隔設置。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及一種水系準固態(tài)鈉離子電池的制備方法及其結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

水系鈉離子電池電解質(zhì)是由無機鹽水溶液構(gòu)成，采用無機鹽溶液作為電解質(zhì)時，自由水的電解電位極大限制了電池的工作電壓，并且在充放電過程中達到一定電位時，自由水分子的電解會導致析氫、析氧附反應的發(fā)生，從而導致正負極活性物質(zhì)附近PH會發(fā)生偏移，影響電化學體系的穩(wěn)定性，從而影響正負極電極片電位、或侵蝕正負極活性物質(zhì)、或加速集流體腐蝕，對電池容量造成不可逆損傷；過量的電解液添加導致電池系統(tǒng)中非活性物質(zhì)質(zhì)量占比高，降低系統(tǒng)的質(zhì)量比能量和體積比能量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種水系準固態(tài)鈉離子電池的制備方法，采用聚合物凝膠電解質(zhì)，可以解決水系鈉離子電池中自由水電解和比能量低的問題，并拓展在柔性儲能器件和可穿戴設備中的使用。

本發(fā)明的另外一個目的是提供一種水系準固態(tài)鈉離子電池的結(jié)構(gòu)。

實現(xiàn)上述目的一種技術(shù)方案是：一種水系準固態(tài)鈉離子電池的制備方法，包括以下步驟：

以下步驟：

S1，凝膠電解質(zhì)制備步驟：凝膠電解質(zhì)由質(zhì)量分數(shù)為5～15％電解質(zhì)鹽、75～ 90％水性介質(zhì)、0.1～2％增塑劑和5～10％凝膠構(gòu)成；凝膠成型后構(gòu)成具有強度和韌性的三維立體網(wǎng)絡，溶于水性介質(zhì)的電解質(zhì)鹽填充于凝膠形成凝膠電解質(zhì)的聚合物鏈；所述凝膠電解質(zhì)采用熱壓、輥壓或流延成型形成凝膠態(tài)電解質(zhì)薄膜；

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

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

上述的一種水系準固態(tài)鈉離子電池的制備方法，其中，步驟S1中，所述凝膠采用二氧化硅氣凝膠或聚合物凝膠；

所述電解質(zhì)鹽包括但不限于硫酸鈉、硝酸鈉、次氯酸鈉和亞硫酸鈉中的至少一種；

所述增塑劑包括但不限于鄰苯二甲酸酯類增塑劑、脂肪族二元酸類增塑劑、環(huán)氧酯類增塑劑和磷酸酯類增塑劑中的至少一種；

步驟S2中，所述導電碳材料包括但不限于活性炭、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；