[发明专利]一种固态钠电池高载量电极及其制备方法和应用有效

专利信息
申请号: 202010926967.8 申请日: 2020-09-07
公开(公告)号: CN112117434B 公开(公告)日: 2022-05-10
发明(设计)人: 温兆银;赖红健;吴相伟;王静宜;靳俊 申请(专利权)人: 中国科学院上海硅酸盐研究所
主分类号: H01M4/13 分类号: H01M4/13;H01M4/139;H01M10/054
代理公司: 上海瀚桥专利代理事务所(普通合伙) 31261 代理人: 郑优丽;牛彦存
地址: 200050 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 固态 电池 高载量 电极 及其 制备 方法 应用
【说明书】:

本发明公开一种固态钠电池高载量电极及其制备方法和应用。所述固态钠电池高载量电极为负载活性物质的多孔/致密复合结构陶瓷,包括多孔/致密复合结构固体电解质和填充于多孔/致密复合结构固体电解质的孔隙中的电极活性物质;优选地,所述多孔/致密复合结构固体电解质是具有垂直多孔结构的固体电解质;更优选地,电极活性物质原位合成并填充于多孔致密复合结构固体电解质的孔隙中。所述固态钠电池高载量电极在增加电极与固体电解质的界面接触面积、减小界面阻抗的同时,提高电极活性物质载量,进而提高电池的实际比能量。

技术领域

本发明涉及一种固态钠电池高载量电极及其制备方法和应用,具体涉及一种在具有多孔/致密复合结构的固体电解质的多孔层中负载电极活性物质的方法。

背景技术

固态钠电池具有热稳定性优异、无泄漏挥发、不易燃、减少火灾发生等优点。此外,钠离子固体电解质具有较高的电化学窗口,可以更好地与电极材料相匹配,循环性能好,寿命长,如应用在电动汽车领域可以长期服役,减少电池更换成本。然而,固态钠电池的电极和电解质的接触界面为固固接触,接触面积较小,从而形成较大的界面阻抗,并且电极物质载量较少,导致电池实际能量密度低,严重阻碍了其商业化应用。

增加界面接触面积和提高电极物质载量是固态钠电池的重点研究内容之一。文献Journal of Power Sources 247:975-980(An all-solid state NASICON sodiumbattery operating at 200℃)报道了一种将正极活性物质与固体电解质球磨混合共烧结的方法以减小界面阻抗。文献ACS Cent Sci 3(1):52-57(Rechargeable Sodium All-Solid-State Battery)报道了将正极加热加压附着在固体电解质上的方法用于增加界面接触面积。文献Nano Lett 17(9):5653-5659(Inorganic-Organic Coating viaMolecular Layer Deposition Enables Long Life Sodium Metal Anode)报道了通过电解质表面涂层的方法提高界面的润湿性。中国专利CN106129350A通过采用钠离子导电材料对电极进行薄层修饰,从而减小界面阻抗,提高电池性能。中国专利CN105374980A通过界面润湿添加剂来改善界面问题。这些方法一定程度上改善了固体电解质和电极的界面接触问题,但是也存在着工艺复杂、设备要求高的问题。而且,上述研究主要是对界面处进行改进,没有改变电解质本身结构的设计,无法实现既降低界面阻抗又提高电极物质载量的目的。

发明内容

针对上述问题,本发明提供一种固态钠电池高载量电极及其制备方法和应用,在增加电极与固体电解质的界面接触面积(减小界面阻抗)的同时,提高电极活性物质载量,进而提高电池的实际比能量。

第一方面,本发明提供一种固态钠电池高载量电极,所述固态钠电池高载量电极为负载活性物质的多孔/致密复合结构陶瓷,包括多孔/致密复合结构固体电解质和填充于多孔/致密复合结构固体电解质的孔隙中的电极活性物质。优选地,所述多孔/致密复合结构固体电解质是具有垂直多孔结构的固体电解质。垂直多孔结构的设计利于活性物质的负载,且相比于通过造孔剂制备的无序孔,垂直多孔可以明显缩短钠离子迁移路径,降低扩散的迂曲系数,从而增加动力学有效扩散系数,达到提高电池性能的要求。

较佳地,电极活性物质原位合成并填充于多孔致密复合结构固体电解质的孔隙中。通过将电极活性物质以原位合成的方式引入多孔/致密复合结构固体电解质的多孔层的孔隙中,可以有效解决活性颗粒物质在注入多孔层时容易堵塞孔隙的问题,进一步提高活性物质的载量。

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