【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于凝胶态的普鲁士类可充钠离子电池及其制备方法。
技术介绍
1、由于电网对储能技术的需求，不同的储能体系被用来作为储能设备进行研究。而水体系钠离子电池由于具有原料来源丰富、环境友好、安全性高与价格便宜等因素是该领域的非常具有应用前景的候选者而吸引了人们的广泛关注。
2、然而，目前国内外水系离子电池的研究都未能摆脱水溶液电解质所引发的各种问题。在水溶液中循环使用的电池，必须克服电极材料在水溶液中的溶解以及盐溶液对电极的长期(10～20年)持续不断的缓慢腐蚀；同时，由于水的理论电解电压只有1.23v，因此极大地限制了水系钠离子电池的电压使用范围；电池中包含大量水溶液，移动场景使用容易产生漏液现象，同时水溶液在电池中占有较大的质量比和体积比，这进一步限制了水系离子电池的能量密度。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种基于凝胶态的普鲁士类可充钠离子电池及其制备方法，采用凝胶态电解液包覆制备电极，结合含钠高浓度盐溶液作为离子导体，以普鲁士蓝类化合物为正负极活性材料，构成全电池体系；该电池可以有效的防止鲁士蓝类化合物在水系电解液中的溶解，拓宽水的分解电压，具有放电电压高、比容量大、循环寿命长等优点，而且绿色环保，安全无污染，非常有望成为一种价格低廉、环境友好的电化学储能体系。
2、实现上述目的的技术方案是：一种基于凝胶态的普鲁士类可充钠离子电池，由正极集流体、正极、负极和负极集流体依次组装而成，所述正极由正极膜及附着在其上的
3、所述正极膜和负极膜均由活性物质、导电剂和粘结剂组成，所述正极膜和负极膜中分别采用普鲁士蓝类化合物为活性物质；所述普鲁士蓝类化合物通式为axm1cm2(cn)6]y·zh2o，其中，a为li、na、k、ca、mg、zn和al中的至少一种，m为fe，co，ni，cu，zn，ti，v，cr和mn中的至少一种，0≤x≤2，0≤y≤1，0≤c≤1，0≤z≤16；
4、所述凝胶态电解质采用含钠离子高浓度电解质盐的水系凝胶态物质，所述凝胶态电解质中还含有添加剂；
5、所述电池内无流体介质。
6、上述的一种基于凝胶态的普鲁士类可充钠离子电池，其中，按照质量分数计，所述正极和负极的水系凝胶态物质包含高浓度电解质盐5％～25％和添加剂0.1％～5％，其余为凝胶态基质和介质水。
7、上述的一种基于凝胶态的普鲁士类可充钠离子电池，其中，所述正极和负极的各组分所占质量百分比为：活性物质50％～75％，导电剂占比5％～15％，水系凝胶态物质占比10～45％。
8、上述的一种基于凝胶态的普鲁士类可充钠离子电池，其中，所述导电剂采用碳源导电剂，所述碳源导电剂采用人造石墨、天然石墨、乙炔黑、super p、活性炭、石墨烯、碳纤维、碳纳米管和介孔碳中的一种或几种。
9、上述的一种基于凝胶态的普鲁士类可充钠离子电池，其中，所述粘结剂采用聚乙烯缩丁醛、聚丙烯酸类、聚氨酯、纤维素类、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯中的一种或几种。
10、上述的一种基于凝胶态的普鲁士类可充钠离子电池，其中，所述添加剂优选为甘油、柠檬酸钠、亚氨基琥珀酸钠和聚乙二醇中的至少一种。
11、上述的一种基于凝胶态的普鲁士类可充钠离子电池，其中，所述含钠离子高浓度电解质盐采用na2so4、nacl、nano3、na3po4、na2hpo4、nah2po4、nac2h3o2、na2c2o4和naclo4中的一种或几种，所述含钠离子高浓度电解质盐的浓度为0.5～15mol/l，所述含钠离子高浓度电解质盐的ph值在5～9之间。
12、上述的一种基于凝胶态的普鲁士类可充钠离子电池，其中，所述凝胶态电解质中的水系凝胶态物质采用水系有机胶体/凝胶以及水系无机胶体/凝胶中的任意一种，所述水系有机胶体/凝胶为聚丙烯酰胺凝胶和聚乙烯醇纤维素胶体中的任意一种，所述水系无机胶体/凝胶为气相二氧化硅分散形成的胶体、硅溶胶和硅酸溶胶中的任意一种。
13、本专利技术还公开了一种上述的基于凝胶态的普鲁士类可充钠离子电池的制备方法，包括以下步骤：
14、s1，凝胶态电解质前驱液制备步骤：凝胶态电解质前驱液由含钠离子高浓度电解质盐、水性介质、添加剂和凝胶物质构成；凝胶成型后构成具有强度和韧性的三维立体网络，溶于水性介质的钠离子高浓度电解质盐填充于凝胶形成凝胶态电解质的聚合物链；
15、s2，电极膜制备步骤：将活性物质、导电剂以及粘结剂加入去离子水中混合均匀制备成胶团后辊压成膜，经过烘干后得到多孔的正、负极膜；
16、s3，凝胶态电极片制备步骤：将s2制备的正、负极膜放入步骤s1制备得到的凝胶态电解质前驱体溶液进行浸没静置，抽真空至-0.09mpa以上，待正、负极膜充分浸润后，取出加入甲醇溶剂浸没正、负极膜后放入真空烘箱中静置干燥2小时，得到凝胶态电解质填充的正、负极；
17、s4，电池组装步骤：用模具将正、负极固定成相同形状，从下到上依次按正极集流体、正极、负极、负极集流体的顺序组装成电池。
18、本专利技术的基于凝胶态的普鲁士类可充钠离子电池及其制备方法，具有以下有益效果：
19、(1)该电池为固态或凝胶态结构，无液体或者流体介质，由于没有水溶液电解质，因而可以大大降低电池的质量和体积，进而提高水系离子电池的能量密度；
20、(2)该电池既能保留水系离子电池的原料来源丰富、环境友好与价格便宜的优点，又能够进一步提高电池的安全性，充放电过程中从电极材料中脱嵌出的电解质离子直接在胶态电极中穿梭，实现电能的储存和释放；
21、(3)由于传统水系钠离子电池水在电池总质量中占很大的比重，而本专利技术的电池无需水溶液，所以该电池克服了传统水系离子电池漏液、腐蚀电极、电池电压低、比能量低等缺点；本专利技术的电池具有比能量大、不会产生电解质泄露现象、安全性高、形状可控等优点，同时易于组装大型电池、绿色环保，非常有望在电力储能中得到大规模应用。
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1.一种基于凝胶态的普鲁士类可充钠离子电池，由正极集流体、正极、负极和负极集流体依次组装而成，其特征在于，所述正极由正极膜及附着在其上的具有离子导电性的凝胶态电解质组成，所述负极由负极膜及附着在其上的具有离子导电性的凝胶态电解质组成；所述凝胶态电解质的厚度为5～100μm；
2.根据权利要求1所述的一种基于凝胶态的普鲁士类可充钠离子电池，其特征在于，按照质量分数计，所述正极和负极的水系凝胶态物质包含高浓度电解质盐5％～25％和添加剂0.1％～5％，其余为凝胶态基质和介质水。
3.根据权利要求2所述的一种基于凝胶态的普鲁士类可充钠离子电池，其特征在于，所述正极和负极的各组分所占质量百分比为：活性物质50％～75％，导电剂占比5％～15％，水系凝胶态物质占比10～45％。
4.根据权利要求1所述的一种基于凝胶态的普鲁士类可充钠离子电池，其特征在于，所述导电剂采用碳源导电剂，所述碳源导电剂采用人造石墨、天然石墨、乙炔黑、Super P、活性炭、石墨烯、碳纤维、碳纳米管和介孔碳中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种基于凝胶态的普鲁士
6.根据权利要求1所述的一种基于凝胶态的普鲁士类可充钠离子电池，其特征在于，所述添加剂优选为甘油、柠檬酸钠、亚氨基琥珀酸钠和聚乙二醇中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种基于凝胶态的普鲁士类可充钠离子电池，其特征在于，所述含钠离子高浓度电解质盐采用Na2SO4、NaCl、NaNO3、Na3PO4、Na2HPO4、NaH2PO4、NaC2H3O2、Na2C2O4和NaClO4中的一种或几种，所述含钠离子高浓度电解质盐的浓度为0.5～15mol/L，所述含钠离子高浓度电解质盐的pH值在5～9之间。
8.根据权利要求1所述的一种基于凝胶态的普鲁士类可充钠离子电池，其特征在于，所述凝胶态电解质中的水系凝胶态物质采用水系有机胶体/凝胶以及水系无机胶体/凝胶中的任意一种，所述水系有机胶体/凝胶为聚丙烯酰胺凝胶和聚乙烯醇纤维素胶体中的任意一种，所述水系无机胶体/凝胶为气相二氧化硅分散形成的胶体、硅溶胶和硅酸溶胶中的任意一种。
9.一种根据权利要求1至8任意一项所述的一种基于凝胶态的普鲁士类可充钠离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于凝胶态的普鲁士类可充钠离子电池，由正极集流体、正极、负极和负极集流体依次组装而成，其特征在于，所述正极由正极膜及附着在其上的具有离子导电性的凝胶态电解质组成，所述负极由负极膜及附着在其上的具有离子导电性的凝胶态电解质组成；所述凝胶态电解质的厚度为5～100μm；
2.根据权利要求1所述的一种基于凝胶态的普鲁士类可充钠离子电池，其特征在于，按照质量分数计，所述正极和负极的水系凝胶态物质包含高浓度电解质盐5％～25％和添加剂0.1％～5％，其余为凝胶态基质和介质水。
3.根据权利要求2所述的一种基于凝胶态的普鲁士类可充钠离子电池，其特征在于，所述正极和负极的各组分所占质量百分比为：活性物质50％～75％，导电剂占比5％～15％，水系凝胶态物质占比10～45％。
4.根据权利要求1所述的一种基于凝胶态的普鲁士类可充钠离子电池，其特征在于，所述导电剂采用碳源导电剂，所述碳源导电剂采用人造石墨、天然石墨、乙炔黑、super p、活性炭、石墨烯、碳纤维、碳纳米管和介孔碳中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种基于凝胶态的普鲁士类可充钠离子电池，其特征在于，所述粘结剂采用聚乙烯缩丁醛、聚丙烯酸...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯肖瑞，田剑莉亚，
申请(专利权)人：贲安能源科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：
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