一種水系鈉離子電容電池的制作方法
【專利摘要】一種水系鈉離子電容電池，包括外殼、兩鎳箔電極集流體、鈉離子超導(dǎo)體電極材料層、活性炭材料層、隔膜和鈉鹽有機(jī)電解液，所述兩鎳箔電極集流體包裹于外殼內(nèi)相對稱的兩側(cè)，一鎳箔電極集流體內(nèi)側(cè)涂布有鈉離子超導(dǎo)體電極材料層，另一鎳箔電極集流體內(nèi)側(cè)涂布活性炭材料層，所述鈉離子超導(dǎo)體電極材料層和所述活性炭材料層之間灌注有鈉鹽有機(jī)電解液且通過所述隔膜分隔。本實(shí)用新型能夠充分利用兩電極的電容特性以及鈉離子超導(dǎo)體電極的電池特性，可顯著提高該電池體系的能量密度和功率密度。鈉鹽有機(jī)電解液也可以極大地提高電池的安全性能，改善的電池體系的綠色環(huán)保特性。
【專利說明】一種水系鈉離子電容電池

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型屬于化學(xué)電源【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種水系鈉離子電容電池。

【背景技術(shù)】
[0002]有機(jī)電解液體系的鋰離子電池易發(fā)生一系列安全問題，高溫高壓下容易發(fā)生自燃、爆炸的危險。同時，有機(jī)電解液的泄露以及器件組裝、報廢時會對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。水系電池將有機(jī)電解液替換為水系鹽溶液，有效避免了電解液因高溫高壓而發(fā)生的自燃或爆炸問題，同時電池在組裝、拆卸過程中，不會對環(huán)境造成影響。電池組裝過程的操作條件相對于有機(jī)電解液體系也相對更加易于實(shí)現(xiàn)，降低了操作成本。但水系電池目前存在的主要問題是電池工作電壓低，儲能密度小等問題，因此限制了其廣泛應(yīng)用。鈉離子超導(dǎo)體(NASICON)型的Na3V2 (PO4) 3，Na3V2 (PO4) 2F3電極材料，因其特有的聚合物體系和三維離子通道結(jié)構(gòu)，能夠充分利用過渡金屬釩的不同價態(tài)之間的轉(zhuǎn)化，提高電池的工作電壓。同時，電極材料特有的三維結(jié)構(gòu)以及表面結(jié)構(gòu)特性，也可以在水系電解液溶液中產(chǎn)生一定的電容容量，進(jìn)一步提高儲能密度，改善水系電池的功率密度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種水系鈉離子電容電池，從而解決上述【背景技術(shù)】中的問題。
[0004]本實(shí)用新型內(nèi)容是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一種水系鈉離子電容電池，其特征在于，包括外殼、兩鎳箔電極集流體、鈉離子超導(dǎo)體電極材料層、活性炭材料層、隔膜和鈉鹽有機(jī)電解液，所述兩鎳箔電極集流體包裹于外殼內(nèi)相對稱的兩側(cè)，一鎳箔電極集流體內(nèi)側(cè)涂布有鈉離子超導(dǎo)體電極材料層，另一鎳箔電極集流體內(nèi)側(cè)涂布活性炭材料層，所述鈉離子超導(dǎo)體電極材料層和所述活性炭材料層之間灌注有鈉鹽有機(jī)電解液且通過所述隔膜分隔。
[0006]所述鈉離子超導(dǎo)體電極材料層為鈉離子超導(dǎo)體(NASICON)型Na3V2 (PO4) 3，Na3V2 (PO4) 2F3電極材料中的一種。
[0007]本實(shí)用新型的鈉離子超導(dǎo)體電極材料層中的鈉離子具有可脫嵌性，在水系電池充放電過程中可以實(shí)現(xiàn)晶格鈉位中的鈉離子進(jìn)行脫嵌，從而實(shí)現(xiàn)電池的充放電過程。鈉離子超導(dǎo)體(NASICON)型的Na3V2(PO4)3, Na3V2 (PO4)2F3電極材料具有聚陰離子體的三維結(jié)構(gòu)，具有較大的離子擴(kuò)散速率，能夠更適合進(jìn)行大電流的快速充放過程。電極中的聚陰離子體系可以影響過渡金屬釩的氧化還原電對，顯著提高電池的工作電壓，從而提高電池的儲能密度。水系電池在充放電過程中，還能夠充分利用鈉離子超導(dǎo)體電極材料和活性炭電極材料的表面結(jié)構(gòu)特性，在電解液中形成雙電層電容提高電池的儲能量并有利于改善其功率密度。
[0008]所述鈉鹽有機(jī)電解液能夠與鈉離子超導(dǎo)體電極材料產(chǎn)生更好的相容性，利于鈉離子在電極材料中的脫嵌，使其具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性。鈉鹽有機(jī)電解液的應(yīng)用，能夠改善水系電池的安全性能和工作穩(wěn)定性，并且不會對環(huán)境產(chǎn)生污染。由于鈉材料在地殼中的豐富性，鈉電極與鈉鹽有機(jī)電解液在水系電池中的應(yīng)用，也能夠使該體系水系電池的成本大大降低。
[0009]本實(shí)用新型具有如下有益效果:
[0010]本實(shí)用新型能夠同時利用兩電極的電容特性以及鈉離子超導(dǎo)體電極的電池特性，可以顯著提高該電池體系的能量密度和功率密度。本實(shí)用新型應(yīng)用的鈉離子超導(dǎo)體型電極可以充分利用特有的聚合物體系中釩氧化還原電對，產(chǎn)生較高的工作電壓。電池體系所用的電池電極與電解液為富鈉材料,來源廣泛,可降低電池生產(chǎn)成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖1中所示:1、外殼；2、鎳箔集流體I;3、鎳箔集流體II ;4、鈉離子超導(dǎo)體型電極材料層；5、活性炭材料層；6、隔膜；7、鈉鹽有機(jī)電解液。

【具體實(shí)施方式】
[0013]為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。
[0014]如圖1所示，一種水系鈉離子電容電池，其特征在于，包括外殼(I)、鎳箔集流體I
(2)、鎳箔集流體II(3)、鈉離子超導(dǎo)體電極材料層(4)、活性炭材料層(5)、隔膜(6)和鈉鹽有機(jī)電解液(7)，所述鎳箔集流體I (2)和鎳箔集流體II (3)包裹于外殼(I)內(nèi)相對稱的兩側(cè)，鎳箔電極集流體I (2)內(nèi)側(cè)涂布有鈉離子超導(dǎo)體電極材料層(4)，鎳箔電極集流體II
(3)內(nèi)側(cè)涂布活性炭材料層(5)，所述鈉離子超導(dǎo)體電極材料層(4)和所述活性炭材料層
(5)之間灌注有鈉鹽有機(jī)電解液(7)且通過所述隔膜(6)分隔。
[0015]所述鈉離子超導(dǎo)體電極材料層(4)為鈉離子超導(dǎo)體(NASICON)型Na3V2 (PO4)3,Na3V2 (PO4) 2F3電極材料中的一種。
[0016]本實(shí)用新型的鈉離子超導(dǎo)體電極材料層中的鈉離子具有可脫嵌性，在水系電池充放電過程中可以實(shí)現(xiàn)晶格鈉位中的鈉離子進(jìn)行脫嵌，從而實(shí)現(xiàn)電池的充放電過程。鈉離子超導(dǎo)體(NASICON)型的Na3V2 (PO4)3, Na3V2 (PO4)2F3電極材料具有聚陰離子體的三維結(jié)構(gòu)，具有較大的離子擴(kuò)散速率，能夠更適合進(jìn)行大電流的快速充放過程。電極中的聚陰離子體系可以影響過渡金屬釩的氧化還原電對，顯著提高電池的工作電壓，從而提高電池的儲能密度。水系電池在充放電過程中，還能夠充分利用鈉離子超導(dǎo)體電極材料和活性炭電極材料的表面結(jié)構(gòu)特性，在電解液中形成雙電層電容提高電池的儲能量并有利于改善其功率密度。
[0017]所述鈉鹽有機(jī)電解液能夠與鈉離子超導(dǎo)體電極材料產(chǎn)生更好的相容性，利于鈉離子在電極材料中的脫嵌，使其具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性。鈉鹽有機(jī)電解液的應(yīng)用，能夠改善水系電池的安全性能和工作穩(wěn)定性，并且不會對環(huán)境產(chǎn)生污染。由于鈉材料在地殼中的豐富性，鈉電極與鈉鹽有機(jī)電解液在水系電池中的應(yīng)用，也能夠使該體系水系電池的成本大大降低。
[0018]以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制。上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)，本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種水系鈉離子電容電池，其特征是:包括外殼、兩鎳箔電極集流體、鈉離子超導(dǎo)體電極材料層、活性炭材料層、隔膜和鈉鹽有機(jī)電解液，所述兩鎳箔電極集流體包裹于外殼內(nèi)相對稱的兩側(cè)，一鎳箔電極集流體內(nèi)側(cè)涂布有鈉離子超導(dǎo)體電極材料層，另一鎳箔電極集流體內(nèi)側(cè)涂布活性炭材料層，所述鈉離子超導(dǎo)體電極材料層和所述活性炭材料層之間灌注有鈉鹽有機(jī)電解液且通過所述隔膜分隔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水系鈉離子電容電池，其特征是:所述鈉離子超導(dǎo)體電極材料層為鈉離子超導(dǎo)體(NASICON)型Na3V2 (PO4) 3，Na3V2 (PO4) 2F3電極材料中的一種。
【文檔編號】H01M10/05GK203839466SQ201420230541
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月7日
【發(fā)明者】宋維鑫, 紀(jì)效波, 陳珺, 姚銀朋, 洪詩雨, 李方倩, 朱漢軍 申請人:宋維鑫, 紀(jì)效波, 陳珺, 姚銀朋, 洪詩雨, 李方倩, 朱漢軍