[发明专利]一种钠硫电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钠硫电池及其制备方法，该钠硫电池包含正极片、负极片、隔膜、电解液；正极片包含活性材料、粘结剂、导电剂和集流体，活性材料包含硫；负极片中活性物质包含钠金属；隔膜为耐高电压的高安全隔膜；电解液包含离子液体、钠盐和添加剂。制备方法包括制作正极片、负极片、隔膜、电解液；将正极片、隔膜、负极片组装成电池并注液。基于本发明的钠硫电池具备2.5‑4.2V的高电压，以及稳定、优异的工作能力，还具有在2.5‑4.2V的高电压下长期工作的优异循环寿命，在挤压、过充、过放等条件下具备良好的安全性能，并且耐低气压耐热冲击，可以实现能量密度及安全性的双重提升。

技术领域：

本发明涉及电化学电源技术领域，具体涉及一种钠硫电池及其制备方法。

背景技术：

为了满足可再充电电池的发展要求，正极材料应具有轻量，低成本，低毒性，高氧化电位。作为正极活性材料，硫具有较高的理论比容量和较低的成本。然而，安全问题是制约传统钠硫电池进一步提升的瓶颈。传统的钠硫电池是将熔融状态的钠和硫作为活性物质分别储存在阳极室和阴极室中，工作温度为290～350℃，将可以透过钠离子的陶瓷管作为熔融硫与熔融钠之间的固态电解质隔膜。在电池放电时，阳极室的钠被氧化为钠离子，钠离子透过隔膜向阴极室移动。在阴极室中，钠离子和熔融硫反应生成多硫化钠。充电时发生与放电反应相反的反应。工作过程中陶瓷管一旦发生破损，熔融态的钠和硫就会直接发生反应，放出大量的热，造成安全事故。

钠硫电池最早发明于上世纪60年代中期，早期的研究主要应用于电动汽车，美国的福特、日本的YUASA、英国的BBC以及铁路实验室、德国的ABB、美国的Mink公司等先后组装钠硫电池电动汽车，并进行路试。但其安全可靠性问题一直没有解决，最终被人们放弃。尽管目前有很多工作改进了钠硫电池的储钠罐、电池外壳以及固态电解质陶瓷管，但其需要熔融状态的钠和硫才能进行储能的原理并没有改变，高温带来的成本和安全隐患无法彻底避免。

文献《Effect of eutectic accelerator in selenium-dopedsulfurizedpolyacrylonitrile for high performance room temperature sodium–sulfur batteries》采用Se0.08S0.92@pPAN作为正极材料制作钠硫电池，在有机电解液中0.8-2.8V的工作电压范围内可以稳定循环500圈。文献《A stable room-temperaturesodium–sulfur battery》Lin Ma and Lynden A.Archer，采用的MOF衍生的微孔多面体碳材料-硫复合正极，在有机电解液中0.8-2.8V的工作电压范围内可以稳定循环100圈。文献《A High-Energy Room-Temperature Sodium-Sulfur Battery》采用微孔碳-硫复合材料做正极，在有机电解液中0.8-2.8V的工作电压范围内可以稳定的循环20多圈。然而，上述现有技术提供的钠硫电池使用的有机电解液由于易引燃、易燃烧存在安全隐患，并且有机电解液的成本相对更高，且放电平台低。

发明内容：

针对上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种高电压、高安全的钠硫电池及其制备方法，该电池具备高电压(2.5-4.2V)稳定、优异的工作能力，高电压(2.5-4.2V)长期工作的优异循环寿命，在挤压、过充、过放等条件下具备良好的安全性能，并且耐低气压耐热冲击，可以实现能量密度及安全性的双重提升。

本发明一方面提供了整片钠硫电池，其包含：

一种钠硫电池，包含正极片、负极片、隔膜、电解液；

其中，所述正极片包含正极活性物质、粘结剂、导电剂和集流体；所述正极活性物质包含单质硫和基体骨架材料；

所述负极片包含钠金属；