一种固态钠电池高载量电极及其制备方法和应用

• 摘要：

  本发明公开一种固态钠电池高载量电极及其制备方法和应用.所述固态钠电池高载量电极为负载活性物质的多孔/致密复合结构陶瓷,包括多孔/致密复合结构固体电解质和填充于多孔/致密复合结构固体电解质的孔隙中的电极活性物质;优选地,所述多孔/致密复合结构固体电解质是具有垂直多孔结构的固体电解质;更优选地,电极活性物质原位合成并填充于多孔致密复合结构固体电解质的孔隙中.所述固态钠电池高载量电极在增加电极与固体电解质的界面接触面积、减小界面阻抗的同时,提高电极活性物质载量,进而提高电池的实际比能量.

• 专利类型：

  发明专利

• 申请/专利号：

  CN202010926967.8

• 申请日期：

  2020.09.07

• 公开/公告号：

  CN112117434A

• 公开/公告日：

  2020-12-22

• 发明人：

  温兆银 赖红健 吴相伟 王静宜 靳俊

• 申请人：

  中国科学院上海硅酸盐研究所

• 主分类号：

  H01M4/13(2010.01),H,H01,H01M,H01M4

• 分类号：

  H01M4/13(2010.01),H01M4/139(2010.01),H01M10/054(2010.01),H,H01,H01M,H01M4,H01M10,H01M4/13,H01M4/139,H01M10/054

• 主权项：

  1.固态钠电池高载量电极,其特征在于,所述固态钠电池高载量电极为负载活性物质的多孔/致密复合结构陶瓷,包括多孔/致密复合结构固体电解质和填充于多孔/致密复合结构固体电解质的孔隙中的电极活性物质;优选地,所述多孔/致密复合结构固体电解质是具有垂直多孔结构的固体电解质;更优选地,电极活性物质原位合成并填充于多孔致密复合结构固体电解质的孔隙中. 2.根据权利要求1所述的固态钠电池高载量电极,其特征在于,所述固体电解质为钠固体电解质,优选为beta-Al2O3、Na3Zr2Si2PO12、Na3SbS4和Na3PS4中的一种或几种的混合物. 3.根据权利要求1或2所述的固态钠电池高载量电极,其特征在于,所述多孔/致密复合结构固体电解质包括靠近正极侧的多孔层和靠近负极侧的致密层;其中,多孔层的厚度为0.5-5mm,孔的直径为5-20μm,孔隙率为30-60%;致密层的厚度为20-200μm,致密度为95%以上. 4.根据权利要求1至3中任一项所述的固态钠电池高载量电极,其特征在于,所述电极活性物质为正极活性物质,优选为钠快离子导体结构的聚阴离子化合物,包括磷酸钒钠、磷酸铁钠和磷酸钛钠中的一种或几种. 5.根据权利要求1至4中任一项所述的固态钠电池高载量电极,其特征在于,所述正极活性物质的单位面积负载量为1-20 mg/cm2. 6.根据权利要求1至5中任一项所述的固态钠电池高载量电极,其特征在于,将正极活性物质以溶胶的形式渗入多孔/致密复合结构固体电解质的多孔层的孔隙中并通过烧结在多孔层中原位生成活性物质. 7.根据权利要求1至6中任一项所述的固态钠电池高载量电极,其特征在于,所述电极活性物质是作为负极活性物质、以熔液形式渗入多孔/致密复合结构固体电解质的多孔层的孔隙中的熔融金属钠. 8.根据权利要求1至7中任一项所述的固态钠电池高载量电极,其特征在于,所述固态钠电池高载量电极还包括位于多孔层的孔壁和电极活性物质之间的、具有弹性的、可适应性体系变化的离子液体或者聚合物电解质. 9.根据权利要求1至8中任一项所述的固态钠电池高载量电极的制备方法,其特征在于,包括以下步骤: (1)通过冰模板法制备垂直多孔结构固体电解质; (2)将垂直多孔结构固体电解质浸渍致密层浆料以使得在多孔层的一侧形成致密层,随后烧结获得多孔层和致密层呈现层状分布的多孔/致密复合结构固体电解质; (3)在多孔/致密复合结构固体电解质的多孔层的孔隙中引入电极活性物质,得到固态钠电池高载量电极;优选地,引入活性物质的方法包括浸渍法、滴注法和原位溶胶凝胶法中的任意一种. 10.根据权利要求1至8中任一项所述的固态钠电池高载量电极在平板固态钠电池中的应用.