CN203445193U - 一种混合离子二次电池 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种混合离子二次电池，包括包裹于电池外壳中的正极集流体、钠离子正极材料层、电解液、隔膜、锂箔、负极材料层及负极集流体；该结构以锂离子为主的钠锂混合离子嵌入与迁出实现电池充放电。混合离子二次电池钠离子正极材料层通过体系混合离子交换过程使钠位离子主要被较小的锂占据，较多锂离子的聚集能产生较高的比容量并且可以减小体系深度充放对电池造成的损伤。同时，充分的锂离子容纳和运输空间也使混合离子二次电池具有良好的倍率性能和循环性能，并有效减少了制备钠锂复合正极材料的工序和成本。

Description

一种混合离子二次电池
技术领域
本实用新型涉及一种混合离子二次电池。
背景技术
锂离子电池因具有能量密度大，安全稳定，绿色高效，无记忆效应等优点已经成为当前能源发展的重要发展内容，并且在各个储能领域得到了广泛应用。锂电池中正极材料性能的优劣和价格将直接关系到整个电池储能表现和成本，在当前的锂离子电池正极中，普遍存在较低的离子扩散和不稳定的晶格结构，致使电池存在着倍率性能差，循环寿命不长，电池深度充放损伤大等问题。
聚阴离子体系正极材料一般具有特殊的晶体结构，聚合物离子之间能够以稳定的化学键和离子构型搭建能稳定容纳钠、锂离子的晶格位。钠、锂离子在聚阴离子构型中能通过多维的离子通道进行迁移，提高扩散速率。钠的离子半径大于锂的离子半径，利用聚阴离子钠盐体系通过离子交换或者电化学活化等方法，使其中可以进行迁移的钠离子不断更换为锂离子，不仅利于离子的迁移，而且可以利用原有的钠位容纳更多的锂离子以提高容量，并且可以有效避免深度充放对电池造成的损伤。Goodenough等人曾将制备的Na3V2(PO4)3电极材料，使用高浓度锂离子溶液进行长时间离子交换得到NaLi2V2(PO4)3并将其组装为锂电池进行测试，产生了理想的储能表现。但该电极的制工序较为繁杂，也造成了较为严重的资源浪费和环境污染等问题，此类锂电池的成本势必也会大大提高。
实用新型内容
本实用新型提供了一种混合离子二次电池，其目的在于，克服现有技术中，电极制作工序复杂、锂电池制作成本较高的问题。
一种混合离子二次电池，包括电池外壳8、包裹于电池外壳8中的正极集流体1、钠离子正极材料层2、电解液3、隔膜4、锂箔5、负极材料层6及负极集流体7；
所述正极集流体和负极集流体分设于电池外壳内相对的两侧，正极集流体一侧涂布有所述钠离子正极材料层，负极集流体一侧涂布有所述负极材料层，所述负极材料层和所述正极材料层之间灌注有电解液且通过所述隔膜分隔，所述负极材料层上粘接有锂箔。
所述钠离子正极材料层为聚阴离子钠盐层。
所述负极材料层为石墨。
所述电解液为锂盐电解质的有机溶剂体系。
有益效果
本实用新型提供了一种混合离子二次电池，包括包裹于电池外壳中的正极集流体、钠离子正极材料层、电解液、隔膜、锂箔、负极材料层及负极集流体；该结构以锂离子为主的钠锂混合离子嵌入与迁出实现电池充放电。混合离子二次电池钠位离子主要被较小的锂占据，较多锂离子的聚集能产生较高的比容量并且可以减小体系深度充放对电池造成的损伤。同时，充分的锂离子容纳和运输空间也使混合离子二次电池具有良好的倍率性能和循环性能，并有效减少了制备钠锂复合正极材料的工序和成本。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
标号说明：1-正极集流体；2-钠离子正极材料层；3-电解液；4-隔膜；5-锂箔；6-负极材料层；7-负极集流体；8-外壳。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明。
如图1所示，为本实用新型的结构示意图，一种混合离子二次电池，包括包裹于电池外壳中的正极集流体、钠离子正极材料层、电解液、隔膜、锂箔、负极材料层及负极集流体；
所述正极集流体和负极集流体分设于电池外壳内相对的两侧，正极集流体一侧涂布有钠离子正极材料层，负极集流体一侧涂布有所述负极材料层，所述负极材料层和所述正极材料层之间灌注有电解液且通过所述隔膜分隔，所述负极材料层上粘接有锂箔。
所述钠离子正极材料层为聚阴离子钠盐层，具有容纳半径较大钠离子的晶格位并具有提供给钠离子迁移的多维离子通道。
所述负极材料层为石墨，经过烘干处理后在负极内侧与锂箔通过使用少量电解液进行粘附。
由于正极材料中钠离子的可脱嵌性，使晶格钠位中的钠离子可以与锂电解液中的锂离子发生离子交换使锂离子进入钠位，在充放电过程中会发生钠锂离子的共同嵌入与迁出行为。装有钠盐聚合物正极的电池也可以通过活化阶段的几个充放电循环，负极锂箔可释放足够的锂离子，正极中钠离子也经充电作用迁出晶格体系，在后续的放电过程伴随钠、锂离子的共同嵌入，随后的充放电循环中因为过量锂离子的存在以及锂离子半径小的特点，逐渐表现为以锂离子为主的钠锂混合离子嵌入与迁出。
所述电解液为锂盐电解质的有机溶剂体系，对于活化过程负极锂箔释放出的锂离子具有更好地相溶性，可以有效减少沉淀与结晶出现的可能，并且能在电池组装完成后提高电解液浓度，改善电池的循环性能。
钠盐聚合物体系中较大的钠位可以容纳更多的锂离子，这样就可以显著提高整个电池的容量。同时，较小的锂离子在脱嵌过程中需要经过钠离子通过的离子通道，能够显著提高锂离子的扩散，改善电池的倍率性能和循环特性。较多锂离子的嵌入能使聚合物体系中的过渡金属发生化合价变化以及材料结构的重组优化，可以为更多离子的脱嵌提供稳定的化学位和离子通道，有效避免了电池深度充放所产生晶格塌陷问题而对其造成的损伤。混合离子二次电池是在电池组装完成后，经过电池的静置与活化过程完成混合离子体系构建，并且通过电极材料结构优化重组提高电池充放电性能，整个过程资源利用率高，安全简便。

Claims (4)

1.一种混合离子二次电池，其特征在于，包括电池外壳（8）、包裹于电池外壳（8）中的正极集流体（1）、钠离子正极材料层（2）、电解液（3）、隔膜（4）、锂箔（5）、负极材料层（6）及负极集流体（7）；
所述正极集流体和负极集流体分设于电池外壳内相对的两侧，正极集流体一侧涂布有所述钠离子正极材料层，负极集流体一侧涂布有所述负极材料层，所述负极材料层和所述正极材料层之间灌注有电解液且通过所述隔膜分隔，所述负极材料层上粘接有锂箔。
2.根据权利要求1所述的混合离子二次电池，其特征在于，所述钠离子正极材料层为聚阴离子钠盐层。
3.根据权利要求1所述的混合离子二次电池，其特征在于，所述负极材料层为石墨。
4.根据权利要求1-3任一项所述的混合离子二次电池，其特征在于，所述电解液为锂盐电解质的有机溶剂体系。
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