一种适用于水系钠离子电池的负极材料制造技术

本发明专利技术涉及一种适用于水系钠离子电池的负极材料，属于电池领域。负极材料包含：钠离子嵌入型化合物、析氢抑制剂、粘结剂和导电材料；所述离子嵌入型化合物为NASICON结构化合物，选自LiTi2(PO4)3或NaTi2(PO4)3中的至少一种，在负极中所占重量比例为70～80％；所述析氢抑制剂选自硫化铋或氧化锡中的至少一种，在负极中所占重量比例为2～10％。以此负极材料组装的水系钠离子电池，具有电化学能量高、使用寿命长、循环性能好等特点，充电上限电压接近2.0V时仍可以保持高的库伦效率，且可以保持良好的电化学循环性能。

A negative electrode suitable for sodium ion batteries in water system

The invention relates to a negative electrode material suitable for the sodium ion battery of water system, which belongs to the battery field. Anode materials include: sodium ion embedded type compounds, hydrogen evolution inhibitors, binder and conductive materials; the ion embedded type compounds of NASICON compounds selected from the group consisting of LiTi2 (PO4) 3 or NaTi2 (PO4) at least one of the 3, in the anode weight proportion is 70 ~ 80%; at least one the hydrogen inhibitor selected from the group consisting of bismuth sulfide or tin oxide in the cathode, in weight proportion is 2 ~ 10%. The sodium ion battery assembled by negative electrode material has the characteristics of high electrochemical energy, long service life and good cycling performance. When the upper limit voltage is close to 2.0V, it can still maintain high Kulun efficiency and maintain good electrochemical cycling performance.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于水系钠离子电池的负极材料
本专利技术涉及一种适用于水系钠离子电池的负极材料，属于电池领域。
技术介绍
社会经济在高速发展，人类对能源的依存度也在不断提高。据资料统计，现在世界每年能源消耗总量的70％来源于化石能源(石油、煤、天然气)。但化石燃料的燃烧会产生大量的有害物质，不仅会污染环境，还严重威胁着人类社会的生存与发展。所以，人类社会面临的首要难题是改变不合理的能源结构，同时要大力开发清洁的能源，来逐步代替化石能源。发展太阳能、风能、地热能、潮汐能这类可再生的清洁能源成为当今各个国家关注的热点。可再生能源受天气及时间段的影响较大，具有明显的不稳定、不连续和不可控等特点，需要开发和建设配套的储能装置来保证发电、供电的连续性和稳定性。因此，大规模储能技术是大力发展太阳能、风能等可再生能源利用和智能电网的关键。当前主流的储能技术主要包括物理类储能和电化学储能，其中电化学储能具有效率高、投资少、使用安全、应用灵活等优点，得到了很广泛的研究与应用，具有良好的发展前景。目前，锂离子电池是发展前景很好的高能电池体系，具有能量密度大、放电电压高、自放电率低、环境友好、循环寿命长等优点。但是，随着锂离子电池的大规模应用，锂的需求量会越来越大，由于地壳中有限的储量，导致锂材料的价格会越来越高。由于钠与锂处于同一主族，具有相似的电化学特性，而且钠在地壳中的储量丰富，约占2.74％，是第六丰富元素，钠基电池有望成为锂离子电池的替代选择。作为新一代的储能体系，同锂离子电池一样，安全性问题是我们关注的重点。选择不同的钠盐和有机溶剂及对电解液进行优化，都会对电池的使用期限、安全性能和循环性能产生一定的影响。对于锂离子电池而言，有机溶剂类的电解液已在商品化的电池中取得了实际的应用，但是安全性问题一直是制约锂离子电池发展的难题。这主要是因为有机溶剂的闪点比较低，易燃，导致电池在过充、过放等极端情况下发生爆炸或燃烧等安全问题。现有专利提供的用于水系钠离子电池的负极材料循环性能较差，受到析氢电位的影响，容量往往偏低。这极大影响了水系钠离子电池在实际工况下的应用。
技术实现思路
针对现有水系钠离子电池负极材料的不足，本专利技术的目的在于提供一种适用于水系钠离子电池的负极材料，该负极具有高容量比，长循环寿命，原料来源广泛、价格低等特点。本专利技术的技术方案是：一种适用于水系钠离子电池的负极材料，该负极材料包含：钠离子嵌入型化合物、析氢抑制剂、粘结剂和导电材料；所述离子嵌入型化合物为NASICON结构化合物，选自LiTi2(PO4)3或NaTi2(PO4)3中的至少一种，在负极中所占重量比例为70～80％；所述析氢抑制剂选自硫化铋或氧化锡中的至少一种，在负极中所占重量比例为2～10％。所述粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、水溶性橡胶和纤维素中的至少一种。所述粘结剂在负极中所占重量比例为1～10％。所述导电材料为乙炔黑、石墨、碳黑、导电聚合物中的至少一种。所述导电材料在负极中所占重量比例为1～10％。所述负极材料具有大于50mAh/g的有效比容量可逆循环。本专利技术的优点及有益效果是：1、本专利技术利用此材料作为负极组装了水系钠离子电池，考虑到成本和安全性，采用λ-MnO2作为电池正极材料，隔膜采用现有镍氢电池用的多孔聚苯烯隔膜，电解质溶液采用1mol/L硫酸钠，组装后的全电池克服了以往专利中水系钠离子电池的循环性差、比容量低的问题。2、本专利技术所涉及负极材料制备工艺成熟，生产成本较低，循环稳定，比容量高，十分适合作为水系钠离子电池的负极材料，以这种电极材料为负极组装的水系钠离子电池具有长的循环寿命、高的能量比、低成本和无环境污染的特点。具体实施方式在具体实施过程中，本专利技术适用于水系钠离子电池的负极材料，负极包含：钠离子嵌入型化合物、析氢抑制剂、粘结剂和导电材料。所述离子嵌入型化合物为NASICON结构化合物，选自LiTi2(PO4)3或NaTi2(PO4)3中的至少一种，在负极中所占比例为优选为72～78wt％。所述析氢抑制剂选自硫化铋或氧化锡中的至少一种，在负极中所占比例优选为2～8wt％。析氢抑制剂可以提升负极析氢过电位，从而使负极在充电时降到更低的电位，保证电池具有更高的工作电压，有利于提高电池循环寿命和库伦效率。所述粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、水溶性橡胶和纤维素中的至少一种，在负极中所占比例优选为5～10wt％。所述导电材料为乙炔黑、石墨、碳黑、导电聚合物中的至少一种，在负极中所占比例优选为5～10wt％。将上述四种材料按一定质量比例混合，制成均匀、具有粘性的混合材料，通过压力或导电胶固定在集流体上，集流体包含有不锈钢、镍、钛、铝、石墨纤维布等。以下为具体实施例详细介绍本专利技术，提供实施例是为了便于理解本专利技术，绝不是限制本专利技术。实施例1本实施例中，负极材料按照NaTi2(PO4)3：硫化铋：乙炔黑：PVDF粘结剂＝75：5：10：10的重量比例混合浆料，均匀涂覆于镍网集流体上，烘干后压制成0.4mm厚的电极片。正极组成按照λ-MnO2：乙炔黑：PVDF粘结剂＝80：10：10的重量比例混合浆料，均匀涂覆于镍网集流体上，烘干后压制成0.4mm厚的电极片。采用分析纯的原料，配置1.0mol/L硫酸钠电解液。将正负极电极按照规格裁切，采用商用镍氢电池的隔膜和上述配置的电解液，配对组装成电池。在0～1.8V工作电压区间以40mA/g电流强度进行充放电循环测试。首次放电比容量为70.1mAh/g，首次效率为89.8％，经过200次循环后，容量保持率为91.2％。实施例2本实施例中，负极材料按照NaTi2(PO4)3：硫化铋：乙炔黑：PVDF粘结剂＝78：2：10：10的重量比例混合浆料，均匀涂覆于镍网集流体上，烘干后压制成0.4mm厚的电极片。正极组成按照λ-MnO2：乙炔黑：PVDF粘结剂＝80：10：10的重量比例混合浆料，均匀涂覆于镍网集流体上，烘干后压制成0.4mm厚的电极片。采用分析纯的原料，配置1.0mol/L硫酸钠电解液。将正负极电极按照规格裁切，采用商用镍氢电池的隔膜和上述配置的电解液，配对组装成电池。在0～1.8V工作电压区间以40mA/g电流强度进行充放电循环测试。首次放电比容量为58.1mAh/g，首次效率为83.8％，经过200次循环后，容量保持率为92.9％。实施例3本实施例中，负极材料按照NaTi2(PO4)3：硫化铋：乙炔黑：PVDF粘结剂＝72：8：10：10的重量比例混合浆料，均匀涂覆于镍网集流体上，烘干后压制成0.4mm厚的电极片。正极组成按照λ-MnO2：乙炔黑：PVDF粘结剂＝80：10：10的重量比例混合浆料，均匀涂覆于镍网集流体上，烘干后压制成0.4mm厚的电极片。采用分析纯的原料，配置1.0mol/L硫酸钠电解液。将正负极电极按照规格裁切，采用商用镍氢电池的隔膜和上述配置的电解液，配对组装成电池。在0～1.8V工作电压区间以40mA/g电流强度进行充放电循环测试。首次放电比容量为64.2mAh/g，首次效率为86.3％，经过200次循环后，容量保持率为94.1％。实施例结果表明，以本专利技术负极材料组装的水系钠离子电池，具有电化学能量高、使用寿命长、循环性能好等特点，充电上限电压接近2.0V时仍可以保持高的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于水系钠离子电池的负极材料，其特征在于，该负极材料包含：钠离子嵌入型化合物、析氢抑制剂、粘结剂和导电材料；所述离子嵌入型化合物为NASICON结构化合物，选自LiTi2(PO4)3或NaTi2(PO4)3中的至少一种，在负极中所占重量比例为70～80％；所述析氢抑制剂选自硫化铋或氧化锡中的至少一种，在负极中所占重量比例为2～10％。

【技术特征摘要】
1.一种适用于水系钠离子电池的负极材料，其特征在于，该负极材料包含：钠离子嵌入型化合物、析氢抑制剂、粘结剂和导电材料；所述离子嵌入型化合物为NASICON结构化合物，选自LiTi2(PO4)3或NaTi2(PO4)3中的至少一种，在负极中所占重量比例为70～80％；所述析氢抑制剂选自硫化铋或氧化锡中的至少一种，在负极中所占重量比例为2～10％。2.根据权利要求1所述的适用于水系钠离子电池的负极材料，其特征在于，所述粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、水溶性橡胶和纤维素中的至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张开悦，肖伟，赵焕，刘建国，严川伟，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21