[发明专利]一种Na-CO2室温二次电池及其制备方法

说明书

一种Na‑CO₂室温二次电池，由负极壳、弹片、垫片、钠片、隔膜、电解液、二氧化碳‑空气电极和多孔正极壳组装而成的钮扣电池，其中钠片为负极，二氧化碳‑空气电极为正极，二氧化碳‑空气电极由具有多孔结构的正极催化剂与集流体组成；弹片为不锈钢片，用于电池内部空间填充以提高电池密闭性；垫片为不锈钢片；隔膜位于负极钠片与正极集流体之间，用于阻隔电子传输；电解液为NaClO₄/四乙二醇二甲醚溶液，电解液浸润于隔膜中。本发明的优点是：该二次电池具有超大容量、室温可充、环境友好、低成本、大倍率和长寿命的特点；其制备方法操作简单、可控性强、一致性好，有利于大规模生产。

技术领域

本发明涉及新型室温二次电池的制备，特别是一种Na-CO₂室温二次电池及其制备方法。

背景技术

自工业革命以来，人类向大气中排入的二氧化碳等吸热性强的温室气体逐年增加，大气的温室效应也随之增强，其引发了一系列问题已引起了全世界各国的关注。因此，二氧化碳的捕捉和再利用引起人们极大的关注和重视。如今，消费电子品、电动车和智能电网等领域的应用规模不断扩大，迫切需求能量密度更高的储能系统。因此，发展更高能量密度、环境友好、价格低廉的新型电池势在必行。

二氧化碳主要由化石燃料燃烧，植物光合作用产生。常温下是一种无色无味、不助燃、不可燃的气体，这使其具有很好的安全性。但其高的化学稳定性，也使二氧化碳的还原利用十分困难。新型Na-CO₂电池放电过程可以高效的还原二氧化碳成碳，同时释放电能。截至目前，Na-CO₂电池未见报道。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在问题，提供一种Na-CO₂室温二次电池，该二次电池具有超大容量、室温可充、环境友好、低成本、大倍率和长寿命的特点；其制备方法操作简单、可控性强、一致性好，该方法可有效降低活性物质与电解液的接触角，提高离子在相界面的传输，能够有效降低电池界面阻抗，提升库伦效率，有利于大规模生产。

本发明的技术方案：

一种Na-CO₂室温二次电池，由负极壳、弹片、垫片、钠片、隔膜、电解液、二氧化碳-空气电极和多孔正极壳组装而成的钮扣电池，其中钠片为负极，二氧化碳-空气电极为正极，二氧化碳-空气电极由具有多孔结构的正极催化剂与集流体组成；弹片为不锈钢片，用于电池内部空间填充以提高电池密闭性；垫片为不锈钢片；隔膜位于负极钠片与正极集流体之间，用于阻隔电子传输；电解液为 NaClO₄/四乙二醇二甲醚(TEGDME)溶液，电解液浸润于隔膜中。

所述正极催化剂为碳纳米管、碳60球烯或还原石墨；集流体为泡沫镍、 400-1000目的镍网或铝网，集流体直径为14mm；隔膜为聚乙烯-聚丙烯-聚乙烯依次叠加构成的三层复合膜(Celgard系列膜)或多孔隙玻璃纤维纸，其中多孔隙玻璃纤维滤纸的直径为16mm，厚度为0.3mm，孔隙率为92-98％；NaClO₄/ 四乙二醇二甲醚(TEGDME)溶液的浓度为1mol L^-1；钮扣电池的尺寸为直径 20mm、厚3.2mm，多孔正极壳的直径为20mm，多孔正极壳上均布直径为1mm 的19个孔。

所述二氧化碳-空气电极的制备方法，包括以下步骤：

1)将碳纳米管、碳60球烯或还原石墨在120℃、-0.1Mpa下干燥2小时；

2)将干燥后的碳纳米管、碳60球烯或还原石墨与四乙二醇二甲醚 (TEGDME)混合，在40KHz下超声反应30min，制得多孔结构的正极催化剂；