[发明专利]一种对称钠离子电池及其制备方法

说明书

为克服现有对称钠离子电池存在钠离子扩散慢的问题，本发明提供了一种对称钠离子电池，包括正极、负极和电解液，所述正极和所述负极置于所述电解液中，所述正极包括正极材料，所述负极包括负极材料，所述正极材料和所述负极材料的活性材料均包括通式Na_7±xV_3±y(P₂O₇)₄所示的焦磷酸钒钠，其中，0≤x≤0.5；0≤y≤0.5。同时，本发明还公开了上述对称钠离子电池的制备方法。本发明提供的对称钠离子电池采用了通式Na_7±xV_3±y(P₂O₇)₄所示的焦磷酸钒钠作为正极活性材料和负极活性材料，具有更快的钠离子脱嵌能力，有利于提高倍率放电能力，同时该对称钠离子电池具备优异的循环稳定性。

技术领域

本发明属于对称钠离子电池技术领域，具体涉及一种对称钠离子电池及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因环境友好、较高的能量密度和功率密度等优点在电动汽车与储能领域得到迅猛发展。然而随着社会的发展对锂离子电池的需求日益增长，锂离子电池的高成本已成为不可忽视的主要问题。近年来，钠离子电池由于低的成本被认为是最有可能替代锂离子电池的一种新型电池。钠离子电池低成本体现在以下几个方面：钠在地球上的储藏量巨大，且以盐的形式广泛地分布于陆地和海洋中；且随着钠离子正极材研究的推进，现今已开发出较成熟的不含钴的层状正极材料；此外，钠离子电池低成本的另一优势体现在集流体的利用上，由于钠离子不会与铝形成合金，因此可将锂离子电池中传统的铜负极集流体在钠离子电池中换成价格便宜的铝箔。由此可见，钠离子电池在成本上具有非常大优势，尤其是未来随着锂价格的日益增长，钠离子电池在电动汽车和大规模储能电池领域更突显着重要的应用前景。

现有钠离子电池常用的负极材料为硬碳与含钛氧化物等。常用的正极材料则包括普鲁士蓝、磷酸盐体系以及层状钠过渡金属氧化物(化学通式为：Na_xTMO₂，其中TM代表Mn、Ni、Fe、Ti与V等过渡金属)等材料。然而这种由不同正负极材料组成的非对称钠离子电池工艺较复杂，而且成本较高。现有一种对称钠离子电池，使用单一活性材料同时作为正负极材料，能够简化电池设计，降低生产成本，但对称钠离子电池对于电极材料的要求较高，普通电极材料难以应用至对称钠离子电池上。在钠离子电池体系，已出现的对称钠离子电池的电极相关报道，主要有P2-Na_0.66Li_xMn_0.5Ti_0.5O₂，O3-Na_0.8Ni_0.4Ti_0.6O₂，Na₃Co_0.5Mn_0.5Ti(PO₄)₃，P2-Na_0.66Ni_0.17Co_0.17Ti_0.66O₂，Na_2.55V₆O₁₆·0.6H₂O，P2-Na_0.6[Cr_0.6Ti_0.4]O₂，Na₂VTi(PO₄)₃以及Na₃V₂(PO₄)₃这些材料。但这些材料存在钠离子扩散慢的问题，例如，Qiuyue Wang等人测试了Na₃V₂(PO₄)₃作为电极材料的钠离子迁移速度，得到的结果为在低含碳量下，Na₃V₂(PO₄)₃作为电极材料的钠离子迁移速度为10^-13至10^-15.5cm²s^-1，而在高含碳量下，Na₃V₂(PO₄)₃作为电极材料的钠离子迁移速度也只能够达到10^-12.7至10^-15.1cm²s^-1，可知，该电极材料的钠离子迁移速度较低，不利于电池在大电流下的使用，导致电池无法满足高倍率大电流充放电的需求，不利于钠离子电池在电动汽车和大规模储能电池领域的应用。