[发明专利]一种钠离子电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及二次电池技术领域，特别是涉及一种钠离子电池及其制备方法。

背景技术

在众多的储能技术中，锂离子电池由于具有能量密度大、循环寿命长、重量轻、无污染等优点，已被广泛的用于数码相机、智能手机、笔记本电脑等方面。然而，锂资源的储量是有限的，且分布不均匀，这成为大规模发展储能电池需要面对的一个问题。

钠元素与锂元素处于同一主族，具有相似的物理化学性质和储存机制，并且钠的资源丰富，在地壳中有2.74%的储量，分布广泛，提炼成本低。钠离子电池通常使用钠基正极（例如含钠过渡金属氧化物）和碳负极（例如硬碳），由非水有机电解质在正负极之间传输钠离子从而进行充放电，基于钠离子传导的钠离子单体能量密度高，无毒可回收，相比锂离子电池具有更大的竞争优势。但是，现有的钠离子电池难以同时兼顾高嵌钠容量和良好的动力学特性。因此，开发新的钠离子电池已经成为目前二次电池领域的研究热点。从研究进展来看，开发钠离子电池最大的挑战是没有合适的负极活性材料，虽然硬碳材料显示了比较好的综合性能，可逆容量达到200mAh/g，首周库仑效率80%以上，循环也很稳定，但是硬碳储钠电位接近0V，在快速充电过程中，可能会导致钠在硬碳表面的沉积和钠枝晶的生长，从而带来安全隐患。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例第一方面提供了一种钠离子电池，用以解决现有技术中钠离子电池难以同时兼顾高嵌钠容量和良好的动力学特性的问题，在保持高容量的同时也具有很好的循环稳定性，安全性能良好。本发明实施例第二方面提供了所述钠离子电池的制备方法。

第一方面，本发明实施例提供了一种钠离子电池，包括：

正极极片，包括正极活性材料和集流体，所述正极活性材料为Na_XCoO₂、Na_XMnO₂、Na_XTiS₂、Na_XNbS₂Cl₂、Na_XWO_3-X、Na_XV_0.5Cr_0.5S、无定形Na_XMoS₃或Na_XTaS₂，各式中0＜X＜0.5，或者，所述正极活性材料为Na_XNi_0.5Mn_0.5O₂、NaVPO₄F或Na₂FePO₄F，

负极极片，包括负极活性材料和集流体，所述负极活性材料为MoS₂，

非水有机电解液，包括钠盐和有机溶剂，以及

隔膜。

其中，负极活性材料为MoS₂。MoS₂属于六方晶系，其Mo-S棱面相当多，比表面积大，钼原子与硫原子通过共价键结合形成了S-Mo-S的三层夹心结构，S-Mo-S单层通过范德华力堆积起来形成了层状的MoS₂。MoS₂层间相互作用弱，允许其他原子或分子通过插层引入进来。MoS₂的高比表面积和活性材料间的良好连通性等特性使得MoS₂具有良好的可逆钠离子脱嵌性能，具有较高的可逆容量和较好的循环性能。

优选地，MoS₂呈卷曲的纳米片层状，具有绒毛形边界结构。

负极极片和正极极片除了包括活性材料和集流体，通常还包括粘结剂和导电剂。

正极活性材料可以为含钠过渡金属氧化物，例如Na_XCoO₂、Na_XMnO₂或Na_XNi_0.5Mn_0.5O₂，各式中0＜X＜0.5，也可以为过渡金属氟磷酸钠盐，例如NaVPO₄F或Na₂FePO₄F，还可以为其他钠基活性材料。

优选地，所述正极活性材料为Na_XMnO₂，X的值为0.33或0.44。