钠二次电池制造技术

本发明专利技术涉及一种钠二次电池，所述钠二次电池包含正极、负极、至少置于正极和负极之间的电解质、用于保持所述电解质且将所述正极与所述负极彼此隔开的隔膜，所述正极包含正极集电器和正极材料，正极材料负载在正极集电器上，所述正极材料包含可逆地含有钠阳离子的正极活性物质，所述负极包含负极集电器和负极材料，负极材料负载在负极集电器上，所述负极材料包含可逆地含有钠阳离子的负极活性物质；其中所述负极活性物质为无定形碳、所述电解质为熔融盐电解质，其为由钠阳离子和阴离子构成的盐与由有机阳离子和阴离子构成的盐的混合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钠二次电池
本专利技术涉及钠二次电池。特别地，本专利技术涉及可用作例如车辆的电源、电网中用于电力存储的蓄电装置等的钠二次电池。
技术介绍
期望将钠二次电池用于电动车辆的电源、电力需求的消峰、在使用包括太阳能和风能的自然能的发电中使输出稳定化等。作为所述钠二次电池，例如已经提出了包含如下的钠二次电池：负极，所述负极包含金属钠或钠合金；在有机溶剂中的非水电解液(例如参见专利文献1)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2010-102917号公报
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题然而，因为包含非水电解液的钠二次电池在非水电解液中包含有机溶剂，因此根据钠二次电池的运行温度，充电容量和放电容量可能由于例如有机溶剂的挥发而降低。此外，在钠二次电池中，因为负极包含金属钠或钠合金，所以金属钠随着反复充放电而析出且生长金属钠的枝晶，因而可能不会获得足够的充放电循环特性。另一方面，作为负极活性物质，可以考虑使用看来具有优异的充放电性能的诸如石墨的插入材料，例如在充放电时伴有插层现象，即，离子插入原子排列结构中或者其从所述结构脱离的材料。然而，即使当将看来具有优异的充放电性能的插入材料用作钠二次电池中的负极活性物质时，也可能不会获得优异的循环寿命特性。因此，需要开发具有高充电容量和高放电容量，并且具有优异的充放电循环特性的钠二次电池。本专利技术鉴于上述常规技术而完成，旨在提供具有高充电容量和高放电容量，并且具有优异的充放电循环特性的钠二次电池。解决技术问题的技术方案本专利技术的钠二次电池为(1)钠二次电池，其包含：正极，所述正极包含正极集电器和正极材料，所述正极材料负载在正极集电器上，其中所述正极材料包含可逆地含有钠阳离子的正极活性物质；负极，所述负极包含负极集电器和负极材料，所述负极材料负载在负极集电器上，其中所述负极材料包含可逆地含有钠阳离子的负极活性物质；置于至少所述正极和所述负极之间的电解质；用于保持所述电解质且将所述正极和所述负极彼此隔开的隔膜；其中所述负极活性物质为无定形碳颗粒，所述电解质为熔融盐电解质，其为由钠阳离子和阴离子构成的盐与由有机阳离子和阴离子构成的盐的混合物。有益效果本专利技术可提供具有高充电容量和高放电容量，并且具有优异的充放电循环特性的钠二次电池。附图说明[图1]图1是显示分别在实验例1～3中获得的半电池在测试例1中的充放电曲线的图。[图2]图2是显示分别在实验例1～3中获得的半电池在测试1中的循环数与充电容量之间关系的检验结果的图。[图3]图3是显示分别在实验例1～4中获得的半电池在测试例2中的循环数与容量保持率之间关系的检验结果的图。[图4]图4是显示在实验例1中获得的半电池在测试例2中的充放电曲线的图。[图5]图5是显示分别在实验例5和6中获得的半电池在测试例3中的充放电曲线的图。[图6]图6是显示在实验例7中获得的半电池在测试例4中的充放电曲线的图。[图7]图7是显示在实验例7中获得的半电池在测试例4中的充放电曲线的图。[图8]图8是显示在测试例4中的循环数与充电容量、放电容量和库仑效率各自之间关系的检验结果的图。[图9]图9是显示在实施例1中获得的钠二次电池在测试例5中的充放电曲线的图。[图10]图10是显示在测试例5中的循环数与充电容量和放电容量各自之间关系的检验结果的图。具体实施方式[本专利技术实施方式的说明]首先，列出本专利技术的实施方式，并且给出其说明。本专利技术的实施方式包括钠二次电池，其包含：正极，所述正极包含正极集电器和正极材料，所述正极材料负载在正极集电器上，其中所述正极材料包含可逆地含有钠阳离子的正极活性物质；负极，所述负极包含负极集电器和负极材料，所述负极材料负载在负极集电器上，其中所述负极材料包含可逆地含有钠阳离子的负极活性物质；至少置于所述正极和所述负极之间的电解质；用于保持所述电解质且将所述正极和所述负极彼此隔开的隔膜；其中所述负极活性物质为无定形碳，所述电解质为熔融盐电解质，其为由钠阳离子和阴离子构成的盐与由有机阳离子和阴离子构成的盐的混合物。因为采用上述构造的本专利技术的钠二次电池包含无定形碳作为负极活性物质，因此在充放电期间，在不析出金属钠和生长枝晶的情况下，钠阳离子被可逆地包含在无定形碳中。即，钠阳离子被插入到负极中的无定形碳的原子排列结构中或者从无定形碳的原子排列结构的内部脱离。此外，在采用上述构造的本专利技术的钠二次电池中，因为熔融盐电解质包含有机阳离子作为阳离子，因此当钠阳离子插入无定形碳中或钠阳离子从无定形碳的原子排列结构中脱离时能够降低阻力，由此使得钠阳离子向无定形碳的原子排列结构的插入或钠阳离子从无定形碳的原子排列结构的脱离能够平滑地进行。因此，采用上述构造的本专利技术的钠二次电池显示高充电容量和高放电容量，并且可以显示优异的充放电循环特性。优选地，无定形碳为难石墨化碳。包含难石墨化碳的负极使得更多的钠阳离子能够被插入负极活性物质中，并且还降低由于钠阳离子的插入或脱离引起的体积变化。因此，采用上述构造的本专利技术的钠二次电池显示较高的充电容量和较高的放电容量，并且具有较长的寿命。难石墨化碳的形状为颗粒形状，该颗粒的平均粒径(d50)优选为5μm～15μm，更优选为7μm～12μm。当该颗粒的平均粒径(d50)为5μm以上时，可以抑制难石墨化碳负极的不可逆容量的增加。当所述颗粒的平均粒径(d50)为15μm以下时，可以抑制难石墨化碳负极的利用率和倍率特性的降低。熔融盐电解质中的水含量优选为0.01质量％以下，更优选为0.005质量％以下。从抑制难石墨化碳负极的不可逆容量的增加和保持钠二次电池的优异性能的观点考虑，理想地优选通过控制构成电池的材料和控制制造工艺而将熔融盐电解质中的水含量设定为0.01质量％以下，更优选为0.005质量％以下。除钠阳离子外的金属阳离子在所述熔融盐电解质的所有阳离子中的含量百分比优选为5摩尔％以下。在采用上述构造的本专利技术的钠二次电池中，钠阳离子可以更有效地插入负极活性物质中和从负极活性物质脱离。因此，采用上述构造的本专利技术的钠二次电池显示更高的充电容量和更高的放电容量以及更高的充放电循环特性。阴离子优选为由下述式(I)表示的磺酰胺阴离子，更优选为选自如下中的至少一种：双(三氟甲基磺酰)胺阴离子、氟磺酰(三氟甲基磺酰)胺阴离子和双(氟磺酰)胺阴离子。采用上述构造的本专利技术的钠二次电池显示优异的充放电循环特性。有机阳离子优选为选自如下中的至少一种：由下述式(IV)表示的阳离子、由下述式(V)表示的咪唑阳离子、由下述式(VII)表示的吡啶阳离子、由下述式(X)表示的吡咯烷阳离子、由下述式(XII)表示的哌啶阳离子。采用上述构造的本专利技术的钠二次电池可以在低温条件下进行充放电反应。有机阳离子优选为选自如下中的至少一种：N-甲基-N-丙基吡咯烷阳离子和1-乙基-3-甲基咪唑阳离子。采用上述构造的本专利技术的钠二次电池可以在低温条件下进行更加稳定的充放电反应。优选熔融盐电解质为选自如下中的至少一种：双(氟磺酰)胺钠与N-甲基-N-丙基吡咯烷双(氟磺酰)胺盐的混合物以及双(氟磺酰)胺钠与1-乙基-3-甲基咪唑的混合物，并且相对于每1摩尔所述混合物，双(氟磺酰)胺钠的量为0.1摩尔～0.55摩尔，更优选为0.2摩尔～0.5摩尔。当相对于每1摩尔混合物，双(氟磺酰)胺钠本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钠二次电池，其包含：正极，所述正极包含正极集电器和正极材料，所述正极材料负载在所述正极集电器上，其中所述正极材料包含可逆地含有钠阳离子的正极活性物质；负极，所述负极包含负极集电器和负极材料，所述负极材料负载在所述负极集电器上，其中所述负极材料包含可逆地含有钠阳离子的负极活性物质；至少置于所述正极和所述负极之间的电解质；用于保持所述电解质且将所述正极和所述负极彼此隔开的隔膜，其中所述负极活性物质为无定形碳，所述电解质为熔融盐电解质，其为由钠阳离子和阴离子构成的盐与由有机阳离子和阴离子构成的盐的混合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.09.10 JP 2012-1987151.一种钠二次电池，其包含：正极，所述正极包含正极集电器和正极材料，所述正极材料负载在所述正极集电器上，其中所述正极材料包含可逆地含有钠阳离子的正极活性物质；负极，所述负极包含负极集电器和负极材料，所述负极材料负载在所述负极集电器上，其中所述负极材料包含可逆地含有钠阳离子的负极活性物质；至少置于所述正极和所述负极之间的电解质；用于保持所述电解质且将所述正极和所述负极彼此隔开的隔膜，其中所述负极活性物质为无定形碳，所述负极材料还包含不含有卤素原子的粘合剂，所述电解质为熔融盐电解质，其为由钠阳离子和阴离子构成的盐与由有机阳离子和阴离子构成的盐的混合物，除钠阳离子外的金属阳离子在所述熔融盐电解质的所有阳离子中的含量百分比为5摩尔％以下...

【专利技术属性】
技术研发人员：酒井将一郎，沼田昂真，井谷瑛子，福永笃史，新田耕司，稻泽信二，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP