[发明专利]一种全固态钠硫电池及其制备方法

说明书

本发明公开一种全固态钠硫电池及其制备方法，该全固态钠硫电池包括电池正极、全固态电解质层、电池负极；其中，全固态电解质层为电解质钠盐，电池负极包括负极活性材料；电池正极包括正极集流体和正极活性材料层，正极集流体为金属、金属合金或金属复合物导电材料，正极活性材料层包括能容许组成钠盐的阴离子自由吸附与脱出的材料。与现有锂离子电池相比，该全固态钠硫电池使用钠盐替代了锂盐，使得其应用不受锂资源的制约。放电过程中产生的多硫化物，该多硫离子在正负极之间产生迁移，即多硫化物穿梭效应，而滑石是层状结构，作为路易斯酸可以很好的吸附路易斯碱的多硫化物，从而达到抑制多硫化物穿梭效应的效果。

技术领域

本发明涉及固态电池技术领域，特别涉及一种全固态钠硫电池及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、能量效率高、循环寿命长、无记忆效应、快速放电等优点，因而在消费电子产品和电动交通工具、电网调峰、储能电源、航空航天等领域有巨大市场需求。但是，当前，锂离子电池面临着锂资源储量有限、成本高的缺点。作为潜在取代锂离子电池的储能技术，钠离子、钠金属电池在近几年日益受到关注，全固态钠-硫电池便是其中之一。相比于传统锂离子电池，钠-硫电池具有使用成本低、高能量密度、长寿命、运行维护方便、对环境污染小的优点。目前，钠硫电池主要作为储能电池开发研究，已建成的相关项目主要集中在日本，少部分在美国和德国。最早的钠硫二次电池主要基于β型的氧化铝固体电解质，钠负极和硫正极，使用温度较高；中温下的钠硫二次电池以Na₂S/S为正极，负极为钠金属，β″型氧化铝陶瓷片作为固体电解质；室温下的钠硫二次电池，正极采用硫碳复合材料，负极为金属钠，电解质是聚合物电解质或有机电解液。全固态钠-硫电池的核心组成部件包含正极、负极和固态电解质，它通过发生在正极、负极与电解质界面上的离子传输与电子传输相分离的吸附和插层来实现电能存储与释放。放电时，负极材料中的钠失去电子变为钠离子，经过电解质传输到正极中，传输过来的钠离子与正极的硫及电子反应生成硫化物；充电时，过程相反。

现有锂离子电池中所需的锂资源储量非常有限，导致在使用过程中成本不断攀升，且锂离子石墨负极的制备增加了锂离子电池的生产流程。而基于钠硫电池开发出的正负极材料种类非常有限，且研究基本只限于对钠硫电池中的液体电解质，同时已开发材料的钠硫电池的电化学性能不是很理想，成本高，材料稀少，而且制备工艺也较为复杂。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种全固态钠硫电池及其制备方法。本发明的目的在于克服现有技术的不足，旨在解决现有的锂离子电池锂资源储量有限、成本高的缺点，以及现有全固态钠硫电池的多硫化物的穿梭效应，制备工艺复杂，成本高，电化学性能不理想等问题。

为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

一种全固态钠硫电池，包括：电池正极、全固态电解质层、电池负极；其中，全固态电解质层为电解质钠盐，电池负极包括负极活性材料；电池正极包括正极集流体和正极活性材料层，正极集流体为金属、金属合金或金属复合物导电材料，正极活性材料层包括能容许组成钠盐的阴离子自由吸附与脱出的材料。

作为本发明一优选方案，电池正极集流体选自涂炭铝箔、涂炭铜箔、涂炭铁箔、涂炭锡箔、涂碳锌箔、涂炭镍箔、涂炭钛箔、涂炭锰箔中的一种或其合金，或，其中任意一种金属的复合物或其中任意一种的合金。优选地，所述正极集流体为涂炭铝箔。