[发明专利]一种钠锰原电池

说明书

本发明涉及一种钠锰原电池，通过使用金属钠或者钠合金作为负极，使用二氧化锰作为正极主要活性物质，与电解液和隔膜组成原电池体系，该原电池体系具有原材料价格低廉、放电平台平稳的优点，具有广阔的应用场景。

技术领域

本发明涉及一种钠锰原电池。

背景技术

钠电池的研究始于1960年，高温钠硫电池首先被开发出来。该电池采用熔融的金属钠作为负极，熔融的单质硫作为正极，并采用具有钠离子电导率的固态电解质作为隔膜。但由于其存在巨大的安全隐患，近些年来有关钠电池的研究主要集中在降低电池的工作温度上。在70年代末期和80年代初期，对常规锂离子和钠离子插层型材料的研究工作开始引起全世界的关注。但是由于缺少合适的负极材料，钠离子电池的商业化并没有进入到实质阶段。钠资源储量丰富以及分布广泛，钠电池被认为是未来大规模、低成本储能系统的理想候选产品。

最近，由于其较高的理论比容量（1166mAhg^-1）和较低的电极电势，科学人员的研究兴趣重新集中在钠金属负极的研究上。目前，钠电池主要包括以钠金属作为负极的钠-硫电池和钠-空气电池，及以硬碳材料为负极的钠离子二次电池。例如，室温钠硫（Na-S）电池，室温钠氧（Na-O₂）电池和室温ZEBRA型钠金属卤化物电池。而钠硫电池存在容量衰减快、库仑效率低、自放电严重，实际应用性不佳。钠氧电池存在金属钠枝晶生长、电解液易挥发、易燃组分以及气体电极的设计等问题。ZEBRA型钠金属卤化物电池运行温度苛刻，需要260~300度的高温，且其价格昂贵。

基于此，研究一种新型的钠电池迫在眉睫。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种钠-二氧化锰原电池。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种钠锰原电池，其包含正极、负极、隔膜和电解液，所述正极包括二氧化锰、导电剂以及粘结剂，所述二氧化锰在所述正极中的质量百分含量为50~98%，所述导电剂在所述正极中的质量百分含量为0.05~25%，所述粘结剂在所述正极中的质量百分含量为0.5~35%；所述负极为金属钠或钠合金，所述钠合金包括钠和锌、镁、钙、硅、钾、锡、铝、铁中的至少一种元素；所述电解液包括有机溶剂和钠盐，所述钠盐包括六氟磷酸钠、三氟甲基磺酸钠、高氯酸钠、双氟磺酰亚胺钠、四氟硼酸钠中的一种或多种。

优选地，所述二氧化锰在所述正极中的质量百分含量为80~95%。

进一步优选地，所述导电剂在所述正极中的质量百分含量为1~10%。

更进一步优选地，所述粘结剂在所述正极中的质量百分含量为1~15%。

优选地，所述导电剂包括导电石墨、导电炭黑、科琴黑、碳纳米管、纳米碳纤维（VGCF）中的一种或多种。

优选地，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯（PVDF）和/或聚四氟乙烯（PTFE）。

优选地，所述有机溶剂包括碳酸乙烯酯、乙腈、环丁砜、丁酸甲酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、γ-丁内酯、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、1,3-二氧戊环、1,4-二氧六环、1,3-二氧六环、四氢呋喃、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯中的一种或多种。

进一步优选地，所述有机溶剂至少包括碳酸丙烯酯和乙二醇二甲醚，或者所述有机溶剂至少包括碳酸丙烯酯和二乙二醇二甲醚。

优选地，所述电解液还包括添加剂，所述添加剂包括硫酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烯磺内酯中的至少一种。

进一步优选地，所述添加剂在所述电解液中的质量百分含量为0.1~10%。

更进一步优选地，所述添加剂在所述电解液中的质量百分含量为0.3~5%。