[发明专利]一种新型结构钠离子电池及其制备方法有效
申请号: | 201610718635.4 | 申请日: | 2016-08-25 |
公开(公告)号: | CN107785607B | 公开(公告)日: | 2020-01-03 |
发明(设计)人: | 肖伟;刘伟华;王红;赵丽娜;刘建国;严川伟 | 申请(专利权)人: | 中国科学院金属研究所 |
主分类号: | H01M10/054 | 分类号: | H01M10/054;H01M2/14;H01M4/04;H01M4/139;H01M10/058 |
代理公司: | 21234 沈阳优普达知识产权代理事务所(特殊普通合伙) | 代理人: | 张志伟 |
地址: | 110016 辽*** | 国省代码: | 辽宁;21 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 新型 结构 钠离子 电池 及其 制备 方法 | ||
本发明涉及钠离子电池领域,特别是一种新型结构钠离子电池及其制备方法。钠离子电池的正极、隔膜和负极具有互穿网络的一体化结构,负极材料、隔膜材料和正极材料依次在集流体表面沉积或涂覆,形成三层层叠结构,三者间界面接触紧密。钠离子电池的负极通过电化学方法在多孔集流体表面制备,隔膜通过溶液浸渍方法直接在负极表面成膜,正极填充在上述集流体的多孔结构中,获得电池正极、隔膜和负极互穿结构的新型钠离子电池。本发明将钠离子电池正极、负极与隔膜一体化,简化电池的内部结构和装配工艺,改善电极与隔膜的界面接触特性,用此方法制备的钠离子电池具有综合性能优越、易大规模大尺寸生产等优点。
技术领域
本发明涉及钠离子电池领域,特别是一种新型结构钠离子电池及其制备方法。
背景技术
在目前各种技术中,锂离子电池由于具有工作电压高、容量高、自放电小和循环寿命长等优点而征服了便携式电子市场,并成为电动汽车(包括EV和HEV等)和大规模储能系统用动力电源的首要选择。但是,随着电动汽车、智能电网时代的真正到来,全球的锂资源将无法有效满足动力锂离子电池的巨大需求,从而将进一步推高与锂相关材料的价格,增大电池成本,最终阻碍新能源产业的发展。因此,开发其他廉价可替代锂离子电池的相关储能技术非常关键。
针对传统电池隔膜的缺点,研究者开发了具有陶瓷涂层的钠电隔膜,其结合了有机底膜的柔性和陶瓷材料的耐高温性等优点,在一定程度上能够防止电池大面积正/负极短路、爆炸事故的发生。研究发现,虽然陶瓷涂层能够改善隔膜的耐热性,但由于电极与隔膜的界面结构变得更加复杂,电池内阻增大,导致电池的电学性能发挥受到限制。而且,在钠离子电池装配过程中,实现电极片与隔膜的对齐和良好接触也是一个很难解决的问题。
针对上述问题,文献报道采用喷涂工艺制备钠离子电池,该工艺将通过喷涂工艺将电池的各个组件浆料依次进行喷涂,形成一体化结构钠离子电池,该电池也显示出优越的电池充放电性能。该类电池可以制备成任意形状,且可以在任何物体表面进行喷涂制备。但此种钠离子电池的能量密度较低,在大电流充、放电条件下电池的容量衰减较严重。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型钠离子电池及其制备方法,用此方法制备的钠离子电池具有制备工艺简单、能量密度高、柔韧性好、形状可任意设计、成本低等优点,可满足大规模工业化生产的需要。
本发明的技术方案是:
一种新型结构钠离子电池,钠离子电池的正极、隔膜和负极具有互穿网络的一体化结构,负极材料、隔膜材料和正极材料依次在集流体表面沉积或涂覆,形成三层层叠结构,三者间界面接触紧密。
所述的新型结构钠离子电池,集流体表面负极材料层的厚度为0.05~5μm,隔膜材料的厚度为5~30μm,正极材料充满集流体的三维孔隙。
所述的新型结构钠离子电池,正极材料是含有正极活性材料、导电剂和粘合剂的悬浮液,其原料组成为:50~800质量份正极活性材料、20~100质量份导电剂、20~100质量份粘合剂、300~1000质量份溶剂。
所述的新型结构钠离子电池,负极材料是指通过电镀或化学镀工艺可获得负极活性材料层的金属或合金,包括金属锡、金属镍、金属银或上述金属的合金。
所述的新型结构钠离子电池,隔膜材料是含有高分子树脂的悬浮液,其原料组成为:10~100质量份高分子树脂、200~1000质量份溶剂;其中,高分子树脂为聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚苯醚、聚乙烯醇、聚酰亚胺、聚酰胺酸或聚环氧乙烷。
所述的新型结构钠离子电池,负极材料通过电镀或化学镀工艺沉积在集流体表面,隔膜材料和正极材料通过浸渍工艺或喷涂工艺涂覆在沉积有负极材料的集流体表面。
所述的新型结构钠离子电池,三层层叠结构指电池的正极、隔膜、负极依次通过不同沉积工艺在三维多孔空间层叠成一个整体结构,并经过热辊压,彼此间没有间隙。
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