中科院化物所研制出高比能全固態(tài)鈉離子電池

來源:大連化學物理研究所

鈉資源豐富、成本低，所以鈉離子電池被認為是大規(guī)模儲能的理想器件。

近日，中國科學院大連化學物理研究所二維材料與能源器件研究組研究員吳忠?guī)泩F隊與中國科學技術大學教授余彥團隊、中科院寧波材料技術與工程研究所研究員姚霞銀團隊合作，構筑了聚合物固態(tài)電解質和正極材料的一體化集成系統，有效降低了固固界面阻抗，顯著提高了電子、離子和電荷的傳輸效率，研制出高比能、柔性的全固態(tài)鈉電池。

鈉資源豐富、成本低，所以鈉離子電池被認為是大規(guī)模儲能的理想器件。傳統的鈉離子電池多采用液態(tài)電解質，容易出現漏液、燃燒等問題，而使用固態(tài)鈉離子電解質取代易燃的有機液態(tài)電解液，可有效提高電池的安全性。但是，固態(tài)鈉電池的發(fā)展也存在著問題：（1）固態(tài)電解質的離子電導率低；（2）固態(tài)電解質與電極間的界面接觸差；（3）電極材料在脫嵌鈉離子過程中的體積變化大，導致固態(tài)電池的內阻大、容量低、壽命短。因此，急需發(fā)展更加高效的解決方法來克服固態(tài)鈉離子電池中存在的各種問題，以滿足商業(yè)化應用的需求。

該團隊一方面設計并發(fā)展了光固化聚合法，制備出一種新型聚合物固態(tài)電解質，所得電解質在室溫下的離子電導率高達10-4S/cm，且具有極好的柔韌性；另一方面利用溶膠凝膠法制備了薄層碳（5 nm）修飾的磷酸釩鈉正極材料，提高了材料的電子、離子和電荷的傳輸效率。在此基礎上，該團隊構筑了聚合物電解質/電極材料一體化的集成系統，有效加強了固固界面接觸，降低了電池界面阻抗，研制出高比能、長壽命的柔性固態(tài)鈉電池。該電池可以在0.5 C 倍率下穩(wěn)定循環(huán)740次，且每次的容量衰減率僅為0.007%。該電池擱置3個月后，容量保留率仍高達95%，表明自放電率極低。軟包鈉電池在平鋪和彎折狀態(tài)下循環(huán)535次后，仍可提供高達355 Wh/kg 的能量密度（基于正極材料質量計算）。該工作的設計策略為高比能柔性全固態(tài)鈉電池的發(fā)展和應用提供了新方向。