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、鈉離子超導體電極材料層、活性炭材料層、隔膜和鈉鹽有機電解液，所述兩鎳箔電極集流體包裹于外殼內相對稱的兩側，一鎳箔電極集流體內側涂布有鈉離子超導體電極材料層，另一鎳箔電極集流體內側涂布活性炭材料層，所述鈉離子超導體電極材料層和所述活性炭材料層之間灌注有鈉鹽有機電解液且通過所述隔膜分隔。本實用新型能夠充分利用兩電極的電容特性以及鈉離子超導體電極的電池特性，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保特性。
【專利說明】一種水系鈉離子電容電池
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型屬于化學電源【技術領域】，尤其涉及一種水系鈉離子電容電池。
【背景技術】
[0002]有機電解液體系的鋰離子電池易發生一系列安全問題，高溫高壓下容易發生自燃、爆炸的危險。同時，有機電解液的泄露以及器件組裝、報廢時會對生態環境造成嚴重影響。水系電池將有機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，不會對環境造成影響。電池組裝過程的操作條件相對于有機電解液體系也相對更加易于實現，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用。鈉離子超導體(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構，能夠充分利用過渡金屬釩的不同價態之間的轉化，提高電池的工作電壓。同時，電極材料特有的三維結構以及表面結構特性，也可以在水系電解液溶液中產生一定的電容容量，進一步提高儲能密度，改善水系電池的功率密度。
【發明內容】
[0003]本實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】中的問題。
[0004]本實用新型內容是通過以下技術方案實現的:
[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、鈉離子超導體電極材料層、活性炭材料層、隔膜和鈉鹽有機電解液，所述兩鎳箔電極集流體包裹于外殼內相對稱的兩側，一鎳箔電極集流體內側涂布有鈉離子超導體電極材料層，另一鎳箔電極集流體內側涂布活性炭材料層，所述鈉離子超導體電極材料層和所述活性炭材料層之間灌注有鈉鹽有機電解液且通過所述隔膜分隔。
[0006]所述鈉離子超導體電極材料層為鈉離子超導體(NASICON)型Na3V2 (PO4) 3，Na3V2 (PO4) 2F3電極材料中的一種。
[0007]本實用新型的鈉離子超導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現晶格鈉位中的鈉離子進行脫嵌，從而實現電池的充放電過程。鈉離子超導體(NASICON)型的Na3V2(PO4)3, Na3V2 (PO4)2F3電極材料具有聚陰離子體的三維結構，具有較大的離子擴散速率，能夠更適合進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體電極材料和活性炭電極材料的表面結構特性，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]所述鈉鹽有機電解液能夠與鈉離子超導體電極材料產生更好的相容性，利于鈉離子在電極材料中的脫嵌，使其具有較好的循環穩定性。鈉鹽有機電解液的應用，能夠改善水系電池的安全性能和工作穩定性，并且不會對環境產生污染。由于鈉材料在地殼中的豐富性，鈉電極與鈉鹽有機電解液在水系電池中的應用，也能夠使該體系水系電池的成本大大降低。
[0009]本實用新型具有如下有益效果:
[0010]本實用新型能夠同時利用兩電極的電容特性以及鈉離子超導體電極的電池特性，可以顯著提高該電池體系的能量密度和功率密度。本實用新型應用的鈉離子超導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,可降低電池生產成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型的結構示意圖。
[0012]圖1中所示:1、外殼；2、鎳箔集流體I;3、鎳箔集流體II ;4、鈉離子超導體型電極材料層；5、活性炭材料層；6、隔膜；7、鈉鹽有機電解液。
【具體實施方式】
[0013]為了使本實用新型實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本實用新型。
[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)、鈉離子超導體電極材料層(4)、活性炭材料層(5)、隔膜(6)和鈉鹽有機電解液(7)，所述鎳箔集流體I (2)和鎳箔集流體II (3)包裹于外殼(I)內相對稱的兩側，鎳箔電極集流體I (2)內側涂布有鈉離子超導體電極材料層(4)，鎳箔電極集流體II
(3)內側涂布活性炭材料層(5)，所述鈉離子超導體電極材料層(4)和所述活性炭材料層
(5)之間灌注有鈉鹽有機電解液(7)且通過所述隔膜(6)分隔。
[0015]所述鈉離子超導體電極材料層(4)為鈉離子超導體(NASICON)型Na3V2 (PO4)3,Na3V2 (PO4) 2F3電極材料中的一種。
[0016]本實用新型的鈉離子超導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現晶格鈉位中的鈉離子進行脫嵌，從而實現電池的充放電過程。鈉離子超導體(NASICON)型的Na3V2 (PO4)3, Na3V2 (PO4)2F3電極材料具有聚陰離子體的三維結構，具有較大的離子擴散速率，能夠更適合進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體電極材料和活性炭電極材料的表面結構特性，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]所述鈉鹽有機電解液能夠與鈉離子超導體電極材料產生更好的相容性，利于鈉離子在電極材料中的脫嵌，使其具有較好的循環穩定性。鈉鹽有機電解液的應用，能夠改善水系電池的安全性能和工作穩定性，并且不會對環境產生污染。由于鈉材料在地殼中的豐富性，鈉電極與鈉鹽有機電解液在水系電池中的應用，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用新型的基本原理、主要特征及優點。本行業的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制。上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型的精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內，本實用新型要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
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、鈉離子超導體電極材料層、活性炭材料層、隔膜和鈉鹽有機電解液，所述兩鎳箔電極集流體包裹于外殼內相對稱的兩側，一鎳箔電極集流體內側涂布有鈉離子超導體電極材料層，另一鎳箔電極集流體內側涂布活性炭材料層，所述鈉離子超導體電極材料層和所述活性炭材料層之間灌注有鈉鹽有機電解液且通過所述隔膜分隔。
2.根據權利要求1所述的一種水系鈉離子電容電池，其特征是:所述鈉離子超導體電極材料層為鈉離子超導體(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 優先權日:2014年5月7日
【發明者】宋維鑫, 紀效波, 陳珺, 姚銀朋, 洪詩雨, 李方倩, 朱漢軍 申請人:宋維鑫, 紀效波, 陳珺, 姚銀朋, 洪詩雨, 李方倩, 朱漢軍