[发明专利]一种钠基全碳电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种钠基全碳电池及其制备方法。所述钠基全碳电池包括正极片、负极片、隔膜和电解液，所述正极片包括正极集流体和涂覆于所述正极集流体表面的正极活性物质层，所述负极片包括负极集流体和涂覆于所述负极集流体表面的负极活性物质层，所述电解液包括电解质和有机溶剂，所述正极活性物质层中的正极材料包括层状碳材料，所述负极活性物质层中的负极材料包括多孔碳材料，所述电解质为含钠盐。所述制备方法包括：(1)正极片制备；(2)负极片制备；(3)组装电池。本发明提供的钠基全碳电池的首圈库伦效率为50％以上，循环200圈后的容量为100mAh/g以上。

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种钠基电池，尤其涉及一种钠基全碳电池及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有能量密度大、循环寿命长、工作电压高、无记忆效应、自放电小、工作温度范围宽等优点，锂离子电池应用领域已从手机、笔记本等便携式设备向电动汽车、大规模储能领域扩展。但锂离子电池体系仍然存在很多问题，如电池安全、循环寿命和成本问题等。而且随着锂离子电池逐渐应用于电动汽车和大规模储能领域，锂的需求量将大大增加，而全球锂资源较为匮乏，分布不均，这对于发展要求价格低廉、安全性高的智能电网和可再生能源大规模储能的长寿命储能电池来说，是瓶颈问题。相比锂资源而言，钠在地壳中的储量丰富，是第六丰富元素，分布广泛，储量远远高于主要集中在南美地区的锂资源。同时，钠和锂在元素周期表的同一主族，具有相似的物理化学性质，从资源与成本的角度考虑，是更适合大规模储能市场和电动车市场的电化学储能系统。

金属钠的电位相较于金属锂低0.3V，因此虽然钠离子电池与锂离子电池具有相似的工作原理，其能量密度要比锂离子电池低，同时也必将面对电池回收的重金属问题和续航里程的挑战。因此优化钠离子电池体系，寻找高能量密度，环境友好的电池体系是长期可持续发展的必然需求。

CN103715449B公开了一种钠离子电池系统，所述钠离子电池系统具有钠离子电池和充电控制部，负极活性物质是具有Na₂Ti₆O₁₃结晶相的活性物质，负极活性物质层含有作为导电材料的碳材料，上述充电控制部将上述负极活性物质的电位控制得高于将Na离子不可逆地插入到上述碳材料的电位。该方案的不足之处在于电池的能量密度还有待提高。

碳材料具有良好的导电性能，是多种电化学体系的电极材料，如石墨是商用化锂离子电池的电极负极材料，活性碳是商业化电容器的电容材料。碳材料来源丰富，且易于加工，可制备成纤维、管带、球形、粉末等各种结构，且价格低廉，易于回收。如电池电极材料可全部用碳材料，则可以有效的解决资源问题和电池回收问题。

CN105916809A公开了一种多孔石墨烯网电极以及含有其的全碳锂离子电池，全碳电池，包括：至少一个锂化多孔石墨烯网阴极，其包括嵌入有锂金属的石墨烯片；至少一个多孔石墨烯网阳极；以及电解质。该方案虽然能够得到全碳电池，但是其使用了锂，成本较高。

有鉴于此，开发一种高能量密度的全碳钠基电池对于本领域有重要意义。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种钠基全碳电池及其制备方法。本发明提供的钠基全碳电池可解决钠离子电池能量密度低，电池回收成本大的问题，同时不使用锂元素，降低了电池的成本。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种钠基全碳电池，所述钠基全碳电池包括正极片、负极片、隔膜和电解液，所述正极片包括正极集流体和涂覆于所述正极集流体表面的正极活性物质层，所述负极片包括负极集流体和涂覆于所述负极集流体表面的负极活性物质层，所述电解液包括电解质和有机溶剂，所述正极活性物质层中的正极材料包括层状碳材料，所述负极活性物质层中的负极材料包括多孔碳材料，所述电解质为含钠盐。