[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

说明书

本发明公开了一种水系准固态钠离子电池的制备方法，包括凝胶电解质制备步骤、正负极电极材料制备步骤、自支撑电极片制备步骤和电池组装步骤，采用聚合物凝胶电解质，可以解决水系钠离子电池比能量低的问题，拓展在柔性储能器件和可穿戴设备中的使用。本发明还公开了一种水系准固态钠离子电池的结构，包括若干复合电极片和若干凝胶态电解质薄膜，复合电极片和凝胶态电解质薄膜从下至上依次间隔设置。本发明还公开了一种水系准固态钠离子电池的结构，包括若干负极电极片、若干凝胶态电解质薄膜和若干正极电极片，所述负极电极片、凝胶态电解质薄膜和正极电极片从下至上依次间隔设置。

技术领域

本发明涉及一种水系准固态钠离子电池的制备方法及其结构。

背景技术

水系钠离子电池电解质是由无机盐水溶液构成，采用无机盐溶液作为电解质时，自由水的电解电位极大限制了电池的工作电压，并且在充放电过程中达到一定电位时，自由水分子的电解会导致析氢、析氧附反应的发生，从而导致正负极活性物质附近PH会发生偏移，影响电化学体系的稳定性，从而影响正负极电极片电位、或侵蚀正负极活性物质、或加速集流体腐蚀，对电池容量造成不可逆损伤；过量的电解液添加导致电池系统中非活性物质质量占比高，降低系统的质量比能量和体积比能量。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种水系准固态钠离子电池的制备方法，采用聚合物凝胶电解质，可以解决水系钠离子电池中自由水电解和比能量低的问题，并拓展在柔性储能器件和可穿戴设备中的使用。

本发明的另外一个目的是提供一种水系准固态钠离子电池的结构。

实现上述目的一种技术方案是：一种水系准固态钠离子电池的制备方法，包括以下步骤：

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形成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；

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％钠盐或者步骤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；

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。

上述的一种水系准固态钠离子电池的制备方法，其中，步骤S1中，所述凝胶采用二氧化硅气凝胶或聚合物凝胶；

所述电解质盐包括但不限于硫酸钠、硝酸钠、次氯酸钠和亚硫酸钠中的至少一种；

所述增塑剂包括但不限于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；

步骤S2中，所述导电碳材料包括但不限于活性炭、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；