[发明专利]一种固态二次钠电池用复合储钠正极及其制备方法

说明书

本发明涉及一种固态二次钠电池用复合储钠正极及其制备方法，包含为锰酸钠、磷酸钛钠中的任意一种的电极活性物质和为高氯酸钠、六氟磷酸钠中的至少一种的钠离子导体。本发明制备工艺简单，成本低，所制备的室温运行固态二次钠电池具有良好的能量密度，且安全性高。

技术领域

本发明公开了一种固态二次钠电池用复合储钠正极及其制备方法，以及使用所述复合储钠正极制备的可以在室温运行的高比能固态二次钠电池与制备方法，具体涉及一种由钠金属负极、钠离子导电陶瓷电解质和固态复合储钠正极组成的室温运行固态钠二次电池，属于固态电池制备领域。

背景技术

目前，锂离子电池广泛应用于便携式电子设备以及大规模储能电站中，但是，锂元素昂贵且地壳中含量少，随着其逐渐应用于电动汽车，锂的需求量将大大增加，而锂的储量是有限的，且分布不均匀，这对于发展大规模储能的长寿命储能电池来说，可能会成为一个重要问题。钠元素和锂元素有相似的物理化学特性及储存机制，且由于钠是地壳中储量第六丰富的元素，分布广泛，因此发展针对于大规模储能应用的室温钠离子电池技术具有重要的战略意义，近些年再次得到世界各研究组的广泛关注。与锂离子电池相比，钠离子电池的优势在于其能量密度高，意味着它们质量越大越可以储存更多能量，适合用于大规模储能。

固态钠离子电池使用固态电解质替代钠离子电池中使用的有机液态电解液，可以极大提高电池的安全性。目前，固态钠离子电池的研究大多集中在固态电解质上，并且已取得了显著的效果。法国Lalère团队制备了以NASICON固态电解质为支撑的固态钠离子电池[非专利文献1]，电池采用Na₃V₂(PO₄)₃作对称电极，200℃下运行，工作电压1.8V，电池厚度560微米。Tao等人制备了以β”-Al₂O₃固态电解质为支撑的固态钠离子电池[非专利文献2]，电池在350℃下能够拥有152mAh·g^-1的容量，厚度为220微米。上述工作制备的固态钠离子电池虽然解决了传统的有机电解液漏液问题，但高温运行同样带来安全隐患。

参考文献：

非专利文献1Lalère,F.；Leriche,J.B.；Courty,M.；Boulineau,S.；Viallet,V.；Masquelier,C.；Seznec,V.,An all-solid state NASICON sodium battery operatingat 200℃.J Power Sources 2014,247,975-980.

非专利文献2Wei,T.；Gong,Y.；Zhao,X.；Huang,K.,An All-Ceramic Solid-StateRechargeable Na+-Battery Operated at Intermediate Temperatures.Adv FunctMater 2014,24(34),5380-5384.。

发明内容

本发明提出了一种固态复合储钠正极，该正极可以使电极与电解质具有较低的界面阻抗，大幅提高了电池的安全性。本发明还提出了一种室温运行高比能固态二次钠电池，在钠金属负极层和与之相对应的固态复合储钠正极层之间设置钠离子导电陶瓷电解质层。该设计能够有效抑制电池循环过程中的Na枝晶生长，提高电池的安全性和循环性。

本发明提出的固态二次钠电池用复合储钠正极，包含为锰酸钠、磷酸钛钠中的任意一种的电极活性物质和为高氯酸钠、六氟磷酸钠中的至少一种的钠离子导体。使用该正极制得的固态二次钠电池可以在室温运行、具有高比能，电池工作电压范围为0.1V-3.8V，电池无枝晶生长现象。

本发明提出的固态二次钠电池用复合储钠正极，所述正极活性物质和所述钠离子导体的质量比优选为5:1-17:1，更优选为10:1-15:1。