钠离子电池中的非活性材料主要包括隔膜、集流体、导电剂、黏结剂等,它们并不直接参与电化学反应,但是必不可少的辅助性材料,其与活性材料的兼容性等因素会对电池性能产生重要影响。
(1)隔膜:与锂离子电池通用 隔膜的作用是对正负极进行物理分隔,避免二者直接接触反应,同时还要确保溶剂分子的浸润和渗透,允许溶剂化钠离子的快速通过。理想的隔膜材料应具有良好的电子绝缘性和离子导电性,机械强度高且厚度尽量薄,很高的化学惰性(既不与电解液反应,也不与正负极反应),良好的热稳定性。
锂离子电池中广泛应用的是聚烯烃类聚合物隔膜,例如PE、PP以及复合膜等,这些隔膜材料都可直接移植到钠离子电池体系。未来在全固态钠离子电池体系中,隔膜材料将不再需要。
(2)集流体:正负极均采用铝箔 集流体是正负极活性材料附着的基底构件,约占电池重量的10~13%,用以汇集电极材料产生的电流,并对外释放传导。集流体虽不参与电极反应,但却是电极材料发挥性能的根本保障,其纯度、厚度、应力等参数间接影响电极实际工作性能。用作集流体的材料须具备优良的导电性,与活性物质的接触电阻小,很高的化学惰性(不与电解液及正负极反应),加工性能好且力学性能稳定。
在锂离子电池中,正极集流体为铝箔,负极集流体为铜箔,以避免低电势条件下铝与锂发生合金化。在钠离子电池中,由于钠与铝不发生合金化反应,因而正负极集流体都可使用铝箔,避免了相对昂贵的铜箔。
(3)导电剂:与锂离子电池相同 电极材料在实际使用时,还需要添加导电剂,其主要有三方面作用:减轻电极材料的自身极化,降低活性材料颗粒间以及与集流体之间的接触电阻,吸附电解液并改善电极的浸润效果。
常用的导电剂为比表面积大、导电性好的碳材料,如炭黑、石墨粉、碳纳米管、石墨烯等。
(4)黏结剂:与锂离子电池相同 黏结剂的功能是将电极材料、导电剂、集流体三者结合,制成可供使用的完整极片,其用量占比很少,但对电极性能有重要影响。
用作黏结剂的材料须具有良好的稳定性,易加工,成本低。钠离子电池常用黏结剂与锂离子电池相似,多为强极性聚合物,例如聚偏二氟乙烯(PVDF)、海藻酸钠(SA)、聚丙烯酸(PAA)、羧甲基纤维素钠(CMC)、聚四氟乙烯(PTFE)等。
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