一种钠离子电池正极添加剂NaCrO2/C及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种钠离子电池正极添加剂NaCrO2/C及其制备方法和应用，属于钠离子电池技术领域，该正极添加剂具有高比容量，使用时仅需少量添加就能提供足量的钠离子，并且该添加剂不会影响正极材料的性能，因为当钠离子从该正极添加剂中全部脱出时该添加剂转变成没有电化学活性的CrO2，使得钠离子在充放电过程中不会再进入到添加剂晶格中，同时，该添加剂也不会在全电池放电时受到过放电的影响。实验表明，通过添加NaCrO2/C会使全电池效率提升一倍以上。制备该正极添加剂的方法简单且成本低廉，适合大批量生产，最重要的是不需要对目前锂离子电池生产设备进行升级就可以运用在钠离子电池的生产中，具有很大的商业意义。

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池正极添加剂NaCrO2/C及其制备方法和应用
本专利技术属于钠离子电池
，具体涉及一种钠离子电池正极添加剂NaCrO2/C及其制备方法和应用。
技术介绍
当今时代，由于电动车的普及，以及风能、太阳能、潮汐能等新能源的不稳定性，人们对大型储电装置的需求也越来越迫切。然而由于锂资源的匮乏，导致锂离子电池在大型储电装置上的发展十分受限。在这个严重的局势下，开发低成本且资源近乎无限的钠离子电池具有非凡的意义。然而钠离子电池产业化仍面临重重困境，虽如今钠离子电池正极材料的研究已经基本趋于成熟，也有成百上千种负极材料可供选择，但当将正极和负极进行组装后，所装配出的全电池都面临着效率极其低下的问题。这种现象主要有两个原因，一是由于钠离子比锂离子更容易以固溶体的形式存在于负极材料中，一旦钠离子形成了固溶钠就很难从负极材料的晶格中再次脱嵌出来；二是由于钠离子电池的SEI膜和锂离子电池的SEI膜成分不一样，锂离子电池SEI膜的主要成分是LiF，而钠离子电池SEI膜的主要成分是Na2CO3，这意味着钠离子电池在生成SEI膜时所消耗的钠离子比锂离子多。为了解决这个问题，大多数研究人员会在组装全电池之前将负极进行预钠化，但是目前已报道的负极预钠化方法都会用到金属钠，而金属钠价格昂贵，化学性质十分活泼，在潮湿环境下会自燃，遇水则剧烈反应甚至爆炸，在实际生产中使用金属钠无疑会大幅提高生产成本和风险，这也是目前钠离子电池全电池产业化中的瓶颈问题。因此，解决上述问题对钠离子电池的商业化有着重大的意义。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术通过在正极材料中添加富钠材料来解决上述问题，利用富钠材料会在化成过程中提供额外的钠离子对负极进行钝化，从而达到提高钠离子全电池效率的效果，因此，本专利技术的目的在于：(1)提供一种钠离子电池正极添加剂NaCrO2/C的制备方法；(2)提供一种钠离子电池正极添加剂NaCrO2/C；(3)提供一种钠离子电池正极添加剂NaCrO2/C在钠离子电池中的应用。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：1、一种钠离子电池正极添加剂NaCrO2/C的制备方法，包括如下步骤：(1)制备NaCrO2前驱体：按钠元素与铬元素的摩尔比1:1～1.5:1将钠源和铬源均匀混合后球磨5～24小时，制得NaCrO2前驱体；(2)制备NaCrO2纯相：将步骤(1)中制得的NaCrO2前驱体在900～1100℃下于惰性气氛中煅烧5～24小时，制得NaCrO2纯相；(3)低温包碳：按NaCrO2与碳源的质量比1:0.2～1:5将步骤(2)中制备的NaCrO2纯相和碳源均匀混合后球磨5～24小时，然后在500～600℃下于惰性气氛中煅烧8～24小时，制得钠离子电池正极添加剂NaCrO2/C。进一步，步骤(1)中，所述钠元素与铬元素的摩尔比1.1:1。进一步，步骤(1)中，所述球磨的时间为12小时。进一步，步骤(1)中，所述钠源为碳酸钠、碳酸氢钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠或氢氧化钠中的一种或多种，优选的，所述钠源为碳酸钠。进一步，步骤(1)中，所述铬源为三氧化二铬、九水硝酸铬、三氯化铬或硫酸铬中的一种或多种，优选的，所述铬源为三氧化二铬。进一步，步骤(2)中，所述煅烧为在900℃下于惰性气氛中煅烧5小时。进一步，步骤(3)中，所述碳源为蔗糖、果糖、壳聚糖、淀粉、多巴胺、油酸、对苯二甲酸、间苯三甲酸或均苯四甲酸中的一种或多种，优选的，所述碳源为蔗糖。进一步，步骤(3)中，所述NaCrO2与碳源的质量比为1:1。进一步，步骤(3)中，所述球磨的时间为12小时。进一步，步骤(3)中，所述煅烧为在600℃下于惰性气氛中煅烧12小时。进一步，步骤(2)和步骤(3)中，所述惰性气氛为氩气、氮气、氢气和氩气的混合气或氢气和氮气的混合气中的一种或多种，优选的，所述惰性气氛为氩气。2、所述的制备方法制备的钠离子电池正极添加剂NaCrO2/C。3、所述的NaCrO2/C在钠离子电池中的应用。进一步，所述钠离子电池的制备方法如下：A、制备正极片：将正极材料、NaCrO2/C、导电剂和粘结剂加入溶剂中研磨后制得黑色粘稠状的浆料Ⅰ，将所述浆料Ⅰ涂抹于集流体上，干燥处理后，制得正极片；B、制备负极片：将硬碳、导电剂和粘结剂加入溶剂中研磨后制得黑色粘稠状的浆料Ⅱ，将所述浆料Ⅱ涂抹于集流体上，干燥处理后，制得负极片；C、组装全电池：将步骤A制备的正极片和步骤B制备的负极片进行电池组装，得到全电池。进一步，步骤A中，所述正极材料、NaCrO2/C、导电剂和粘结剂的质量比为5:3:1:1；所述正极材料为Na3V2O2(PO4)2F/RGO，所述导电剂为乙炔黑、导电碳黑或科琴黑中的一种或多种，所述粘结剂为聚偏氟乙烯，所述溶剂为1-甲基-2-吡咯烷酮，所述集流体为铝箔。进一步，步骤B中，所述硬碳、导电剂和粘结剂的质量比为8:1:1；所述导电剂为乙炔黑、导电碳黑或科琴黑中的一种或多种；所述粘接剂为聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素或聚苯乙烯丁二烯共聚物中的一种或多种，所述溶剂为1-甲基-2-吡咯烷酮或去离子水的一种或多种，所述集流体为铝箔或铜箔中的一种。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供了一种钠离子电池正极添加剂NaCrO2/C及其制备方法和应用，该正极添加剂具有高比容量，使用时仅需少量添加就能提供足量的钠离子，并且该添加剂不会影响正极材料的性能，因为当钠离子从该正极添加剂中全部脱出时该添加剂转变成没有电化学活性的CrO2，使得钠离子在充放电过程中不会再进入到添加剂晶格中，同时，该添加剂也不会在全电池放电时受到过放电的影响。实验表明，通过添加NaCrO2/C会使全电池效率提升一倍以上。制备该正极添加剂的方法简单且成本低廉，适合大批量生产，最重要的是不需要对目前锂离子电池生产设备进行升级就可以运用在钠离子电池的生产中，具有很大的商业意义。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为实施例1中制备的NaCrO2/C的XRD图；图2为实施例1中制备的NaCrO2/C的充放电性能图；图3为实施例7中无添加剂极片半电池及有添加剂极片半电池的充放电性能图和循环性能图(a为无添加剂极片半电池的充放电性能图，b为无添加剂极片半电池的循环性能图，c为有添加剂极片半电池的充放电性能图，d为有添加剂极片半电池的循环性能图)；图4为实施例8中无添加剂极片全电池及有添加剂极片全电池的充放电性能图(a为无添加剂极片全电池充放电性能图，b为有添加剂极片全电池充放电性能图)。具体实施方式下面将对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。实施例1制备钠离子电池正极添加剂NaCrO2/C(1)制备NaCrO2前驱体：按钠元素与铬元素的摩尔比1.1:1将碳酸钠和三氧化二铬均匀混合后球磨12小时，制得NaCrO2前驱体；(2)制备NaCrO2纯相：将步骤(1)中制得的NaCrO2前驱体在900℃下于氩气气氛中煅烧5小时，制得NaCrO2纯相；(3)低温包碳：按NaCrO2与蔗糖的质量比1:1将步骤(2)中制备的NaCrO2纯相和蔗糖均匀混合后球磨12小时，然后在600℃下于氩气气氛中煅烧12小时，制得钠离子电池正极添加剂NaCrO2/C。实施例2制备钠离子电池正极添加剂NaCrO2/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钠离子电池正极添加剂NaCrO2/C的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备NaCrO2前驱体：按钠元素与铬元素的摩尔比1:1～1.5:1将钠源和铬源均匀混合后球磨5～24小时，制得NaCrO2前驱体；(2)制备NaCrO2纯相：将步骤(1)中制得的NaCrO2前驱体在900～1100℃下于惰性气氛中煅烧5～24小时，制得NaCrO2纯相；(3)低温包碳：按NaCrO2与碳源的质量比1:0.2～1:5将步骤(2)中制备的NaCrO2纯相和碳源均匀混合后球磨5～24小时，然后在500～600℃下于惰性气氛中煅烧8～24小时，制得钠离子电池正极添加剂NaCrO2/C。

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池正极添加剂NaCrO2/C的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制备NaCrO2前驱体：按钠元素与铬元素的摩尔比1:1～1.5:1将钠源和铬源均匀混合后球磨5～24小时，制得NaCrO2前驱体；(2)制备NaCrO2纯相：将步骤(1)中制得的NaCrO2前驱体在900～1100℃下于惰性气氛中煅烧5～24小时，制得NaCrO2纯相；(3)低温包碳：按NaCrO2与碳源的质量比1:0.2～1:5将步骤(2)中制备的NaCrO2纯相和碳源均匀混合后球磨5～24小时，然后在500～600℃下于惰性气氛中煅烧8～24小时，制得钠离子电池正极添加剂NaCrO2/C。2.如权利要求1所述的一种钠离子电池正极添加剂NaCrO2/C的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述钠源为碳酸钠、碳酸氢钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠或氢氧化钠中的一种或多种。3.如权利要求1所述的一种钠离子电池正极添加剂NaCrO2/C的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述铬源为三氧化二铬、九水硝酸铬、三氯化铬或硫酸铬中的一种或多种。4.如权利要求1所述的一种钠离子电池正极添加剂NaCrO2/C的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述碳源为蔗糖、果糖、壳聚糖、淀粉、多巴胺、油酸、对苯二甲酸、间苯三甲酸或均苯四甲酸中的一种或多种。5.权利要求1～4中任一项所述的一种钠离子电池正极添加剂NaCrO2/C的制备方法，其特征在于，步骤(2)和步骤(3)中，所述惰性气...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐茂文，沈博磊，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50