一種混合離子二次電池的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種混合離子二次電池，包括包裹于電池外殼中的正極集流體、鈉離子正極材料層、電解液、隔膜、鋰箔、負(fù)極材料層及負(fù)極集流體；該結(jié)構(gòu)以鋰離子為主的鈉鋰混合離子嵌入與遷出實(shí)現(xiàn)電池充放電?；旌想x子二次電池鈉離子正極材料層通過體系混合離子交換過程使鈉位離子主要被較小的鋰占據(jù)，較多鋰離子的聚集能產(chǎn)生較高的比容量并且可以減小體系深度充放對(duì)電池造成的損傷。同時(shí)，充分的鋰離子容納和運(yùn)輸空間也使混合離子二次電池具有良好的倍率性能和循環(huán)性能，并有效減少了制備鈉鋰復(fù)合正極材料的工序和成本。
【專利說(shuō)明】一種混合離子二次電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種混合離子二次電池。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池因具有能量密度大，安全穩(wěn)定，綠色高效，無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為當(dāng)前能源發(fā)展的重要發(fā)展內(nèi)容，并且在各個(gè)儲(chǔ)能領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。鋰電池中正極材料性能的優(yōu)劣和價(jià)格將直接關(guān)系到整個(gè)電池儲(chǔ)能表現(xiàn)和成本，在當(dāng)前的鋰離子電池正極中，普遍存在較低的離子擴(kuò)散和不穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)，致使電池存在著倍率性能差，循環(huán)壽命不長(zhǎng)，電池深度充放損傷大等問題。
[0003]聚陰離子體系正極材料一般具有特殊的晶體結(jié)構(gòu)，聚合物離子之間能夠以穩(wěn)定的化學(xué)鍵和離子構(gòu)型搭建能穩(wěn)定容納鈉、鋰離子的晶格位。鈉、鋰離子在聚陰離子構(gòu)型中能通過多維的離子通道進(jìn)行遷移，提高擴(kuò)散速率。鈉的離子半徑大于鋰的離子半徑，利用聚陰離子鈉鹽體系通過離子交換或者電化學(xué)活化等方法，使其中可以進(jìn)行遷移的鈉離子不斷更換為鋰離子，不僅利于離子的遷移，而且可以利用原有的鈉位容納更多的鋰離子以提高容量，并且可以有效避免深度充放對(duì)電池造成的損傷。Goodenough等人曾將制備的Na3V2 (P04) 3電極材料，使用高濃度鋰離子溶液進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間離子交換得到NaLi2V2 (P04)3并將其組裝為鋰電池進(jìn)行測(cè)試，產(chǎn)生了理想的儲(chǔ)能表現(xiàn)。但該電極的制工序較為繁雜，也造成了較為嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染等問題，此類鋰電池的成本勢(shì)必也會(huì)大大提高。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型提供了一種混合離子二次電池，其目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)中，電極制作工序復(fù)雜、鋰電池制作成本較高的問題。
[0005]一種混合離子二次電池，包括電池外殼8、包裹于電池外殼8中的正極集流體1、鈉離子正極材料層2、電解液3、隔膜4、鋰箔5、負(fù)極材料層6及負(fù)極集流體7 ；
[0006]所述正極集流體和負(fù)極集流體分設(shè)于電池外殼內(nèi)相對(duì)的兩側(cè),正極集流體一側(cè)涂布有所述鈉離子正極材料層，負(fù)極集流體一側(cè)涂布有所述負(fù)極材料層，所述負(fù)極材料層和所述正極材料層之間灌注有電解液且通過所述隔膜分隔，所述負(fù)極材料層上粘接有鋰箔。
[0007]所述鈉離子正極材料層為聚陰離子鈉鹽層。
[0008]所述負(fù)極材料層為石墨。
[0009]所述電解液為鋰鹽電解質(zhì)的有機(jī)溶劑體系。
[0010]有益效果
[0011]本實(shí)用新型提供了一種混合離子二次電池，包括包裹于電池外殼中的正極集流體、鈉離子正極材料層、電解液、隔膜、鋰箔、負(fù)極材料層及負(fù)極集流體；該結(jié)構(gòu)以鋰離子為主的鈉鋰混合離子嵌入與遷出實(shí)現(xiàn)電池充放電?；旌想x子二次電池鈉位離子主要被較小的鋰占據(jù)，較多鋰離子的聚集能產(chǎn)生較高的比容量并且可以減小體系深度充放對(duì)電池造成的損傷。同時(shí)，充分的鋰離子容納和運(yùn)輸空間也使混合離子二次電池具有良好的倍率性能和循環(huán)性能，并有效減少了制備鈉鋰復(fù)合正極材料的工序和成本。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]標(biāo)號(hào)說(shuō)明:1_正極集流體；2_鈉離子正極材料層；3_電解液；4_隔膜；5_鋰箔；6-負(fù)極材料層；7_負(fù)極集流體；8_外殼。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0015]如圖1所示，為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，一種混合離子二次電池，包括包裹于電池外殼中的正極集流體、鈉離子正極材料層、電解液、隔膜、鋰箔、負(fù)極材料層及負(fù)極集流體；
[0016]所述正極集流體和負(fù)極集流體分設(shè)于電池外殼內(nèi)相對(duì)的兩側(cè),正極集流體一側(cè)涂布有鈉離子正極材料層，負(fù)極集流體一側(cè)涂布有所述負(fù)極材料層，所述負(fù)極材料層和所述正極材料層之間灌注有電解液且通過所述隔膜分隔，所述負(fù)極材料層上粘接有鋰箔。
[0017]所述鈉離子正極材料層為聚陰離子鈉鹽層，具有容納半徑較大鈉離子的晶格位并具有提供給鈉離子遷移的多維離子通道。
[0018]所述負(fù)極材料層為石墨，經(jīng)過烘干處理后在負(fù)極內(nèi)側(cè)與鋰箔通過使用少量電解液進(jìn)行粘附。
[0019]由于正極材料中鈉離子的可脫嵌性，使晶格鈉位中的鈉離子可以與鋰電解液中的鋰離子發(fā)生離子交換使鋰離子進(jìn)入鈉位，在充放電過程中會(huì)發(fā)生鈉鋰離子的共同嵌入與遷出行為。裝有鈉鹽聚合物正極的電池也可以通過活化階段的幾個(gè)充放電循環(huán)，負(fù)極鋰箔可釋放足夠的鋰離子，正極中鈉離子也經(jīng)充電作用遷出晶格體系，在后續(xù)的放電過程伴隨鈉、鋰離子的共同嵌入，隨后的充放電循環(huán)中因?yàn)檫^量鋰離子的存在以及鋰離子半徑小的特點(diǎn)，逐漸表現(xiàn)為以鋰離子為主的鈉鋰混合離子嵌入與遷出。
[0020]所述電解液為鋰鹽電解質(zhì)的有機(jī)溶劑體系，對(duì)于活化過程負(fù)極鋰箔釋放出的鋰離子具有更好地相溶性，可以有效減少沉淀與結(jié)晶出現(xiàn)的可能，并且能在電池組裝完成后提高電解液濃度，改善電池的循環(huán)性能。
[0021]鈉鹽聚合物體系中較大的鈉位可以容納更多的鋰離子，這樣就可以顯著提高整個(gè)電池的容量。同時(shí)，較小的鋰離子在脫嵌過程中需要經(jīng)過鈉離子通過的離子通道，能夠顯著提高鋰離子的擴(kuò)散，改善電池的倍率性能和循環(huán)特性。較多鋰離子的嵌入能使聚合物體系中的過渡金屬發(fā)生化合價(jià)變化以及材料結(jié)構(gòu)的重組優(yōu)化，可以為更多離子的脫嵌提供穩(wěn)定的化學(xué)位和離子通道，有效避免了電池深度充放所產(chǎn)生晶格塌陷問題而對(duì)其造成的損傷。混合離子二次電池是在電池組裝完成后，經(jīng)過電池的靜置與活化過程完成混合離子體系構(gòu)建，并且通過電極材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化重組提高電池充放電性能，整個(gè)過程資源利用率高，安全簡(jiǎn)便。
【權(quán)利要求】
1.一種混合離子二次電池，其特征在于，包括電池外殼(8)、包裹于電池外殼(8)中的正極集流體(I)、鈉離子正極材料層(2)、電解液(3)、隔膜(4)、鋰箔(5)、負(fù)極材料層(6)及負(fù)極集流體(7)； 所述正極集流體和負(fù)極集流體分設(shè)于電池外殼內(nèi)相對(duì)的兩側(cè)，正極集流體一側(cè)涂布有所述鈉離子正極材料層，負(fù)極集流體一側(cè)涂布有所述負(fù)極材料層，所述負(fù)極材料層和所述正極材料層之間灌注有電解液且通過所述隔膜分隔，所述負(fù)極材料層上粘接有鋰箔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合離子二次電池，其特征在于，所述鈉離子正極材料層為聚陰離子鈉鹽層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合離子二次電池，其特征在于，所述負(fù)極材料層為石墨。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的混合離子二次電池，其特征在于，所述電解液為鋰鹽電解質(zhì)的有機(jī)溶劑體系。
【文檔編號(hào)】H01M4/13GK203445193SQ201320509560
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月20日
【發(fā)明者】宋維鑫, 紀(jì)效波, 冉闖闖, 趙慧茹, 姚銀朋 申請(qǐng)人:宋維鑫, 紀(jì)效波, 冉闖闖, 趙慧茹, 姚銀朋