鈉離子電池中的非活性材料主要包括隔膜、集流體、導(dǎo)電劑、黏結(jié)劑等,它們并不直接參與電化學(xué)反應(yīng),但是必不可少的輔助性材料,其與活性材料的兼容性等因素會對電池性能產(chǎn)生重要影響。 ?
? (1)隔膜:與鋰離子電池通用 ? 隔膜的作用是對正負(fù)極進(jìn)行物理分隔,避免二者直接接觸反應(yīng),同時還要確保溶劑分子的浸潤和滲透,允許溶劑化鈉離子的快速通過。理想的隔膜材料應(yīng)具有良好的電子絕緣性和離子導(dǎo)電性,機械強度高且厚度盡量薄,很高的化學(xué)惰性(既不與電解液反應(yīng),也不與正負(fù)極反應(yīng)),良好的熱穩(wěn)定性。
鋰離子電池中廣泛應(yīng)用的是聚烯烴類聚合物隔膜,例如PE、PP以及復(fù)合膜等,這些隔膜材料都可直接移植到鈉離子電池體系。未來在全固態(tài)鈉離子電池體系中,隔膜材料將不再需要。 ?
(2)集流體:正負(fù)極均采用鋁箔 ? 集流體是正負(fù)極活性材料附著的基底構(gòu)件,約占電池重量的10~13%,用以匯集電極材料產(chǎn)生的電流,并對外釋放傳導(dǎo)。集流體雖不參與電極反應(yīng),但卻是電極材料發(fā)揮性能的根本保障,其純度、厚度、應(yīng)力等參數(shù)間接影響電極實際工作性能。用作集流體的材料須具備優(yōu)良的導(dǎo)電性,與活性物質(zhì)的接觸電阻小,很高的化學(xué)惰性(不與電解液及正負(fù)極反應(yīng)),加工性能好且力學(xué)性能穩(wěn)定。
在鋰離子電池中,正極集流體為鋁箔,負(fù)極集流體為銅箔,以避免低電勢條件下鋁與鋰發(fā)生合金化。在鈉離子電池中,由于鈉與鋁不發(fā)生合金化反應(yīng),因而正負(fù)極集流體都可使用鋁箔,避免了相對昂貴的銅箔。 ?
(3)導(dǎo)電劑:與鋰離子電池相同 ? 電極材料在實際使用時,還需要添加導(dǎo)電劑,其主要有三方面作用:減輕電極材料的自身極化,降低活性材料顆粒間以及與集流體之間的接觸電阻,吸附電解液并改善電極的浸潤效果。
常用的導(dǎo)電劑為比表面積大、導(dǎo)電性好的碳材料,如炭黑、石墨粉、碳納米管、石墨烯等。 ?
(4)黏結(jié)劑:與鋰離子電池相同 ? 黏結(jié)劑的功能是將電極材料、導(dǎo)電劑、集流體三者結(jié)合,制成可供使用的完整極片,其用量占比很少,但對電極性能有重要影響。
用作黏結(jié)劑的材料須具有良好的穩(wěn)定性,易加工,成本低。鈉離子電池常用黏結(jié)劑與鋰離子電池相似,多為強極性聚合物,例如聚偏二氟乙烯(PVDF)、海藻酸鈉(SA)、聚丙烯酸(PAA)、羧甲基纖維素鈉(CMC)、聚四氟乙烯(PTFE)等。 ?
審核編輯:劉清