[发明专利]可塑性电极及制备方法以及水系钠离子电池及制备方法

说明书

本发明公开了一种可塑性电极及制备方法以及水系钠离子电池及制备方法，可塑性电极的制备方法为：将电解质盐和去离子水混合成电解质溶液；将表面活性剂和保湿剂加入电解质溶液中，混合成均匀的溶剂基体；将导电材料加入溶剂基体中，并使导电材料在溶剂基体中分散均匀；加入正/负极活性材料和粘结剂；加入交联剂低速搅拌混合，使其与粘结剂发生交联作用形成三维网状结构的水系钠离子电池可塑性电极膏体。本发明的可塑性电极是活性物质和电解液稳定混合物，电解质锁定在可塑性电极中，电池充放电时离子扩散路径减小，离子阻抗和电子阻抗大大降低，利于大倍率输出；本发明电极的制备和电池的装配同步完成，并省略了注液工序，简化了电池的制备流程。

技术领域

本发明属于水系电池材料领域，具体涉及一种可塑性电极及制备方法以及水系钠离子电池及制备方法。

背景技术

迄今，资源型化石燃料仍然是人类主要的电力供给源。其大量使用造成的碳排放是造成目前地球温室效应的主要原因。以太阳能和风能为代表的间歇性可再生能源必须通过储能系统的存储和释放接入电网。因此规模储能技术是新能源推广和能源革新的基础，是国家能源战略需求布局的重要组成部分，对国家能源结构优化和电网安全稳定运行具有重要作用。电化学电池由于高转化效率、组装灵活、不受地理环境约束等优点，成为储能技术的研究热点，应用逐渐从示范开始商业化运营。基于有机电解液的锂离子电池发展已相当成熟，广泛地应用到移动电子设备、电动车、以及各类高比能场景中。但规模集成（MWh 级以上）的储能应用具有投资大、运维周期长等特点，受到电池一致性和集成规模控制难等影响，近年在全球发生一系列储能系统和电站燃烧事故，表明电池的本质安全性依旧需要引起高度重视，也是目前储能电池规模推广急需解决的难题。

水系离子电池采用中性的盐水溶液作为电解质，既避免了有机电解质的易燃问题，又克服了传统水系电池的高污染，短寿命(如铅酸电池)和价格昂贵(镍氢电池)的缺点，具有安全、低成本、长寿命、环保可回收等特性，是一种全新的新型电池，也是大型储能技术要求的理想体系。其中水系钠离子电池是最具投资潜力的储能电池之一。作为一种全新的电池，水系钠离子电池的发明研发也存在着一定的挑战，如电池克容量和现有其他种类电池相比较低，必须使用厚电极（厚度大于1.0mm）来提升电池的比能量。因此现有成熟的电极制造工艺中，不管是锂电池的涂布或是镍氢电池的拉浆工艺均仅能制备较薄极片，而无法完成水系钠离子电池厚极片的生产。

专利CN104871349A中提到水系钠离子电池的是采用片状方形电极依次叠加装配而成的，片状电极是由活性物质、导电剂以及粘结剂的混合物压制成型，片状电极大的长径比（边长与厚度的比值）限制了大面积电极的开发，因此一个单电池中含有成百上千个电极，受设备自身及实际操作人员熟练度不同等多方因素的干扰，很难保证产品在尺寸、性能上的一致性，并且多个电极的排列使得电池装配极其复杂，从而影响电池的电化学性能和寿命，因此限制了其工程化应用。

专利CN109351793 A中提到一种极片挤出装置及系统，活性物质通过挤出成型后涂覆到集流体上形成电极片。此系统由活性物质的成型以及电极片的复合两大部分构成，涉及到活性物质混合、捏合、输送等制备工序，以及集流体的开卷、电极片的涂覆、烘干、压实、收卷等工序。每道工艺程序均会对实际产品性能造成一定的不可控影响，复杂繁琐的制备过程使其可控性严重下降，从而影响电池的性能。

发明内容

本发明的目的在于针对背景技术中现有的水系钠离子电池生产和装配复杂，工艺可控性差，电池性能一致性差等问题，提供一种水系钠离子电池可塑性电极。

本发明的技术方案如下：一种水系钠离子电池可塑性电极，其包括的组分及质量百分比如下：正/负极活性材料40～50％、导电材料3-10%、粘结剂0～10％、交联剂0-5%、保湿剂0～10％、表面活性剂0～3％、电解质盐0～30％和去离子水10～30％。