[发明专利]一种石墨烯基钠离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及电池的技术领域，特别涉及一种石墨烯基钠离子电池。

背景技术

近年来，随着电子设备、电动工具、小功率电动汽车等迅猛发展，研究高效能、资源丰富以及环境友好的储能材料及器件是人类社会实现可持续发展的必要条件。目前主要的储能器件为锂离子电池，随着锂离子电池应用领域从便携式电子设备向电动汽车、大规模储能装置的快速扩展，对锂的需求量会急剧增大，但有限的锂资源和较高的价格限制了其在智能电网和可再生能源等大规模储能体系的应用。

钠是地球上储量较为丰富的元素之一，其与锂的化学性质类似。因此钠离子电池与锂离子电池相类似，也是一种很有应用前景的电池材料。与锂离子电池相比，钠离子电池具有成本低、安全性能好等突出优势，因此有望在未来取代锂离子电池而被广泛应用。石墨烯具有丰富的表面活性位以及较高的理论比容量，极具成为实用化和商业化钠离子电池负极的潜力。但是，当采用锂电商业化的酯类溶剂时，溶剂的还原分解较严重，且与石墨烯表面的大量缺陷发生不可逆的反应，造成首次放电时钠离子消耗严重，而反应生成的固态电解质界面(Solid Electrolyte Interphase,SEI)也不稳定，因此首圈库伦效率极低且循环稳定性不佳，直接阻碍了钠离子电池的商业化应用。

综上所述，提供一种能解决电解液与石墨烯类粉体材料的强烈不可逆反应并优化首圈库伦效率、可逆比容量及倍率性能的石墨烯基钠离子电池十分有必要。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种能够有效降低电解液与石墨烯类粉体材料的不可逆反应且进一步优化综合电化学性能的钠离子电池。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种石墨烯基钠离子电池，包括正极片、负极片、设置于所述正极片和所述负极片之间的隔膜和电解液，所述负极片包括负极集流体和设置于所述负极集流体上的负极涂层，所述负极涂层包括负极活性物质；

所述电解液包括非水系溶剂和溶解于所述非水系溶剂中的钠盐，所述非水系溶剂包括至少一种通式(1)或者通式(2)所述的醚类化合物：

R1-O-R2(1)；

R1-O-(R3-O)_n-R2(2)；

通式(1)和通式(2)中，R1和R2相互独立地为直链或支链的C1至C6的烷基以及直链或支链的C1至C6的羟烷基，R3为直链或支链的C1-C5的亚烷基，并且n为1-4的整数；

所述负极活性物质包括石墨烯类粉体材料。

作为本发明石墨烯基钠离子电池的一种改进，所述非水系溶剂为二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚以及和四乙二醇二甲醚中的至少一种一种或几种的混合。

作为本发明石墨烯基钠离子电池的一种改进，所述电解液还包括添加剂，所述添加剂与所述非水系溶剂的质量比值为(0.1-20)：100。

作为本发明石墨烯基钠离子电池的一种改进，所述添加剂为亚硫酸乙烯酯(ES)、亚硫酸丙烯酯(PS)、碳酸亚乙烯酯(VC)和氟代碳酸乙烯酯(FEC)中的至少一种。

作为本发明石墨烯基钠离子电池的一种改进，所述电解液中的钠盐的摩尔浓度介于0.2mol/L-5mol/L之间。

作为本发明石墨烯基钠离子电池的一种改进，所述钠盐为高氯酸钠(NaClO₄)、六氟磷酸钠(NaPF₆)和三氟甲基磺酸钠(NaCF₃SO₃)中的至少一种或几种的组合。

作为本发明石墨烯基钠离子电池的一种改进，所述石墨烯为纯石墨烯、还原氧化石墨烯或掺杂石墨烯(如氮掺杂石墨烯、硼掺杂石墨烯)。当采用还原氧化石墨烯时，因其制备过程中向石墨烯引入一些缺陷，这些缺陷会具有一定的电化学活性，所以可逆比容量相比纯石墨烯会有所提升。此外，掺杂石墨烯会改变石墨烯的电子结构，提升导电性并提供一些额外的电化学活性位，改善综合电化学性能。