[发明专利]一种钠离子全电池

说明书

本发明针对现有钠离子全电池能量密度和功率密度低的问题，提出一种新型高能量、高功率密度钠离子全电池，包括负极材料铋或锡(Bi/Sn)、正极材料磷酸钒钠(Na₃V₂(PO₄)₃)以及醚类电解液的体系。本发明利用Bi/Sn的高比容量，提高了钠离子全电池的能量密度；同时利用Bi/Sn和Na₃V₂(PO₄)₃的高倍率性能提升钠离子全电池功率密度。在该体系中，使用Bi(Sn)作为负极材料、Na₃V₂(PO₄)₃作为正极材料时，在927W/kg(1288W/kg)的功率密度下，能量密度高达154.5Wh/kg(253.7Wh/kg)。本发明所提出的钠离子全电池在大规模储能方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属电化学技术领域，具体涉及一种高能量、高功率密度钠离子全电池。

背景技术

随着储能体系的不断发展，锂的需求量大大增加，但锂资源储量有限，严重制约了锂离子电池向大规模储能方面的应用。相对于锂离子电池而言，丰富的钠资源使钠离子电池被认为是下一代大规模储能技术的最佳选择之一。

然而由于较大的钠离子半径(Na⁺半径为Li⁺半径为)不利于其在宿主材料中的脱嵌，低的钠离子电池能量密度和功率密度是限制其发展的重要问题。电极材料和电解液的选择对电池的能量及功率密度等性能起到决定性作用。目前，在整个钠离子电池研究领域，正极材料的电化学性能得到有效提升。钠超离子导体正极材料的电压普遍较高，且具有很好的稳定性和高倍率性能。这不仅弥补了钠离子电池电压较低的问题，也给大功率全电池的发展提供了基础。相比之下，钠离子电池负极对材料的选择要求更高，不仅要有合适的嵌钠电位，更要消除体积效应带来的负面影响。然而，目前的研究仍难以提供兼顾高能量、高功率密度及循环稳定性的钠离子全电池体系。因此，选择理想的正负极材料以及与之相匹配的电极液来开发一种新型的电池体系对推动钠离子电池的工业化发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是解决现有钠离子全电池能量密度和功率密度低的问题，提高钠离子全电池的能量密度、功率密度，提供一种基于Bi(Sn)/Na₃V₂(PO₄)₃电极对的高能量、高功率密度钠离子全电池。该电池使用Bi(Sn)作为负极材料、Na₃V₂(PO₄)₃作为正极材料时，在927W/kg(1288W/kg)的功率密度下，能量密度高达154.5Wh/kg(253.7Wh/kg)，在 -15℃的低温下也能体现出很好的电化学性能。

本发明的技术方案如下：

一种钠离子全电池，包括负极极片、正极极片、电解液和隔膜等；所述负极极片、正极极片分别由集流体和涂覆在所述集流体上的负极材料、正极材料组成；所述负极材料包括负极活性物质商业化金属铋或锡，正极材料包括正极活性物质磷酸钒钠材料；所述电解液包括醚类有机溶剂和钠盐。

优选的是，所述负极材料由以下质量分数的物质组成：80％的金属铋或锡，10％的导电炭黑，10％的羧甲基纤维素钠；所述金属铋或锡和导电炭黑分散于羧甲基纤维素钠胶液中制成负极浆料。

优选的是，所述正极材料由以下质量分数的物质组成：80％的Na₃V₂(PO₄)₃，10％的导电炭黑，10％的聚偏氟乙烯；所述Na₃V₂(PO₄)₃和导电炭黑分散于聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮胶液中制成正极浆料。