[发明专利]一种水系准固态钠离子电池的制备方法及其结构

权利要求书

1.一种水系准固态钠离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，凝胶电解质制备步骤：凝胶电解质由质量分数为5～15％电解质盐、75～90％水性介质、0.1～2％增塑剂和5～10％凝胶构成；凝胶成型后构成具有强度和韧性的三维立体网络，溶于水性介质的电解质盐填充于凝胶电解质的聚合物链；所述凝胶电解质采用热压、辊压或流延成型形成凝胶态电解质薄膜；所述增塑剂采用邻苯二甲酸酯类增塑剂、脂肪族二元酸类增塑剂、环氧酯类增塑剂和磷酸酯类增塑剂中的至少一种；

S2，正负极电极材料制备步骤：将质量分数为70～85％正极活性物质、10～20％导电碳材料以及5～10％电解质盐或者步骤S1制备得到的凝胶电解质进行均匀混合，得到改性正极电极材料；将质量分数为70～85％负极活性物质、10～20％导电碳材料以及5～10％电解质盐或者步骤S1制备得到的凝胶电解质进行均匀混合，得到改性负极电极材料；

S3，自支撑电极片制备步骤：采用完全不透水的柔性有机集流体作为基体，将步骤S2制备得到的改性正、负极电极材料通过涂覆、流延或压制的方法涂覆在所述柔性有机集流体表面形成自支撑电极片；所述自支撑电极片包括复合电极片、正极电极片和负极电极片，所述柔性有机集流体的上下表面一一对应地涂覆改性正极电极材料和改性负极电极材料获得复合电极片；所述柔性有机集流体的上下表面分别涂覆改性正极电极材料获得正极电极片；所述柔性有机集流体的上下表面分别涂覆改性负极电极材料获得负极电极片；其中，柔性有机集流体由有机聚合物材料基体和碳材料导电组分组成，经过吹塑、挤出和注塑工艺制备得到，同时用作集流体和密封材料；

S4，电池组装步骤：采用凝胶电解质同时作为电解质和隔膜，若干自支撑电极片和若干凝胶态电解质薄膜按照依次间隔设置的方式进行叠加连接形成电池。

2.如权利要求1所述的一种水系准固态钠离子电池的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述凝胶采用聚合物凝胶；所述电解质盐采用硫酸钠、硝酸钠、次氯酸钠和亚硫酸钠中的至少一种；步骤S2中，所述导电碳材料采用活性炭、乙炔黑、泡沫碳、炭黑、科琴黑、天然石墨、人工石墨、碳纳米管、介孔碳、KS-6、石墨烯和碳纤维中的至少一种；

所述正、负极活性物质采用聚阴离子结构的钠离子导体，所述正、负极活性物质包括磷酸盐、焦磷酸盐、氟代聚阴离子化合物、硫酸盐或硅酸盐；正极活性物质为Na₃V₂(PO₄)₃、Na₂FeP₂O₇、Na₃V₂(PO₄)₃F₃和Na₂Fe₂(SO₄)₃，负极活性物质为NaTi₂(PO₄)₃。

3.如权利要求2所述的一种水系准固态钠离子电池的制备方法，其特征在于，所述聚合物凝胶包括明胶、PVC、PAN或PMMA；所述邻苯二甲酸酯类增塑剂包括邻苯二甲酸二辛酯；所述脂肪族二元酸类增塑剂包括己二酸二辛酯；所述环氧酯类增塑剂包括环氧硬脂肪酸辛酯；所述磷酸酯类增塑剂包括磷酸三甲苯酯。

4.如权利要求1所述的一种水系准固态钠离子电池的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述柔性有机集流体由有机聚合物材料基体和碳材料导电组分组成，所述有机聚合物材料基体采用耐酸碱腐蚀的有机聚合物，所述有机聚合物材料采用聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯或聚苯硫醚；所述碳材料导电组分采用活性炭、乙炔黑、石墨、碳纳米管、介孔碳、石墨烯或碳纤维；

所述柔性有机集流体的厚度为0.05～0.5mm，表面电阻率为0.2～200Ω.cm，拉伸强度为2～20Mpa。

5.如权利要求1所述的一种水系准固态钠离子电池的制备方法，其特征在于，所述凝胶态电解质薄膜的厚度为0.2～5mm，所述自支撑电极片长度为20～200mm，宽度为20～200mm，厚度为0.5～3mm。