本技术提供一种高性能全固态钠离子电池,属于动力电池技术领域,所述钠离子电池包括普鲁士白正极、金属钠负极和NASICON型固态电解质;所述普鲁士白正极的制备原料包含普鲁士白,所述普鲁士白的通式为:Na<subgt;x</subgt;Fe[Fe(CN)<subgt;6</subgt;],其中1.8≤x<2.2;所述NASICON型固态电解质的组成为Na<subgt;x</subgt;Zr<subgt;2‑y</subgt;M<subgt;y</subgt;Si<subgt;u</subgt;P<subgt;v</subgt;O<subgt;12</subgt;,其中0<x≤4,0≤y<2,0<u,v<3;所述Na<subgt;x</subgt;Zr<subgt;2‑y</subgt;M<subgt;y</subgt;Si<subgt;u</subgt;P<subgt;v</subgt;O<subgt;12</subgt;中,M为Zn元素、Mg元素、Cu元素、Al元素、Ni元素、Ga元素、Fe元素和K元素中的至少一种。该钠离子电池在室温下具有优异的电化学性能,且安全性高,有利于全固态钠离子电池的商业化开发应用。本发明还提供了一种高性能全固态钠离子电池的制备方法。
背景技术
锂离子电池(LIBs)由于具有能量密度高、循环寿命长、便携性高等优点,已经被广泛应用于便携式电子设备和电动汽车领域,但是锂资源相对稀缺,无法满足持续增长的能源市场需求,电池制造成本高,限制了其在大规模储能领域的应用,开发高性能和低成本的二次电池至关重要。钠离子电池具有低成本和资源分布广泛的优势,在能量密度、循环寿命和环境友好性方面具有巨大潜力,且金属钠相比于金属锂、金属钾安全性更高。目前,产业化或已商业化的钠离子电池使用有机液态电解液,安全性不高、比能量不足,还存在与热失控相关联的安全问题,电池使用过程中存在泄露和燃烧的可能,发展固态钠电池,采用固态电解质代替传统的液态电解质可以有效地解决传统液态电池自燃的问题。因此,开发高安全高比能全固态电池仍然具有必要性。NASICON型氧化物固体电解质具有高的室温离子电导率,高的热稳定性和化学稳定性,以及易制备合成,原料便宜等优点,致密的形貌使其具有更高的机械强度,能耐受高电压,极具应用潜力。
钠离子电池的正极材料通常使用过渡金属氧化物、聚阴离子化合物和普鲁士蓝类似物。过渡金属氧化物易存在不可逆相变;聚阴离子化合物的结构稳定性和容量保持能力都很好,但放电能力并不理想。普鲁士蓝类似物的原料成本低,具有较高的工作电压窗口和可逆容量,其中普鲁士白作为钠离子电池正极材料具有理论容量高(可达170mAh g-1
)、原料价格低廉和可规模制备的优势,在工业化生产及大规模储能技术上具有良好的前景。普鲁士白材料具有两个活性位点,可发生双电子氧化还原反应,其稳定的三维框架结构和较大的间隙,有利于实现Na+
的可逆存储和快速脱嵌,实现较低的晶格张力和快速的离子扩散动力学。但是普鲁士白材料晶格中不可避免地会引入结晶水,钠离子电池若采用有机电解液,结晶水的存在则会造成电池容量损失,并且普鲁士白与电解液形成的界面不稳定,会导致钠离子电池无法实现稳定的长期循环,阻碍其实际应用。
实现思路