[实用新型]一种新型钠离子电池

说明书

技术领域

本实用新型属于化学电源技术领域，尤其涉及一种新型钠离子电池。

背景技术

锂离子电池具有能量密度大，安全稳定，绿色高效，无记忆效应等优点已经广泛用于各类电子产品中，并成为了未来新能源汽车的主要电源形式。但是由于锂资源在地壳中的储量仅为0.0065%，用于制备富锂正极材料的主要原材料碳酸锂价格则高达4.11-4.49欧元/公斤，大大增加了锂离子电池的生产成本。由于钠元素与锂元素同属于IA族，其化学性质相似性使得钠电池研究在近几年已经成为研究的热点。由于钠资源丰富，地壳含量约为2.8%，主要用于制备钠电极材料的原料碳酸钠价格仅为0.07-0.37欧元/公斤，已经大大降低了原材料的成本。然而，钠与锂相比存在一些劣势使其不能得到广泛的应用。相对于标准氢电极，钠的电极电池电势为-2.71 V，高于锂的电极电势(-3.04 V)，不利于构件高电压的钠离子电池。钠离子半径为1.02 ?，也远大于锂离子的半径(0.59 ?)，会降低离子迁移速率，造成电池电阻的增大以及对负极嵌钠材料的选择性问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种新型钠离子电池，从而解决上述背景技术中的问题。

本实用新型内容是通过以下技术方案实现的：一种新型钠离子电池，包括外壳、正极集流体、负极集流体、Na₃V₂(PO₄)₂F₃正极电极材料层、硬碳负极电极材料层、隔膜和钠盐有机电解液，所述正极集流体和负极集流体包裹于外壳内相对称的两侧，所述正极集流体内侧涂布有Na₃V₂(PO₄)₂F₃正极电极材料层，所述负极集流体内侧涂布有硬碳负极电极材料层，所述Na₃V₂(PO₄)₂F₃正极电极材料层和硬碳负极电极材料层之间灌注有钠盐有机电解液通过所述隔膜分隔。

所述正极集流体为铝箔。

所述负极集流体为铜箔。

Na₃V₂(PO₄)₂F₃聚阴离子正极材料是一类钠离子超导体，由[V₂O₈F₃]双八面体与[PO₄]四面体通过边角共用形成的三维离子通道结构富钠电极材料，利于钠离子的快速扩散。[V₂O₈F₃]双八面体通过一个氟原子相连，增强了氟与金属原子键的化学键作用，使V^+3/+4相变平台电压得到提高，因此是一类可提供高电压的钠离子正极材料。由于钠离子的半径远大于锂离子的半径，因此很难实现在商业化负极石墨中可逆的进行嵌入和迁出。硬碳是高分子聚合物热分解的产物，具有较高的可逆容量，能够容纳进行脱嵌的钠离子，是钠离子电池理想的负极材料。

本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型能够利用V^+3/+4相变，实现钠离子在正负电极之间的嵌入与迁出，进行电池充放电。Na₃V₂(PO₄)₂F₃的聚阴离子体系以及氟元素的诱导效应，可以使V^+3/+4相变平台电压提高至3.9 V左右，大大提高了钠离子电池的工作电压。Na₃V₂(PO₄)₂F₃电极材料是具有三维离子通道结构的钠离子超导体，可提高体系的离子扩散速率从而改善钠离子电池的倍率性能和循环稳定性。本实用新型设计的钠离子电池，所应用的电极材料与电解质均为富钠材料，成本也大大降低，是一款具有应用前景的钠离子电池。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2 为本实用新型的充放电曲线图。

图1中所示： 1、外壳；2、正极集流体；3、负极集流体；4、Na₃V₂(PO₄)₂F₃正极电极材料层；5、硬碳负极电极材料层；6、隔膜；7、钠盐有机电解液。