一种钠离子电池用复合电极制造技术

本发明专利技术属于钠离子电池技术领域，尤其涉及一种钠离子电池用复合电极，按质量百分比计，包括如下组分：氧化石墨5%‑10%；粘接剂5%‑15%；成碳物10%‑25%；造孔剂5%‑10%；锡颗粒50%‑70%。相对于现有技术，在本发明专利技术中，发明专利技术人构建了一种“钢筋混凝土”结构。利用氧化石墨烯的力学性能搭建框架，利用成碳物构建保护碳层，然后将活性物质锡嵌入其中，再利用淀粉分解形成钠离子传输的通道。整个结构中，活性物质锡提供储钠的容量；碳层对活性物质起保护作用，防止活性物质不断的与电解液反应；淀粉分解形成的通道可作为钠离子输运的通道。整个电极对钠离子表现出较好的保护性，因而电极整体表现出良好的储钠性能。

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池用复合电极
本专利技术属于钠离子电池
，尤其涉及一种钠离子电池用复合电极。
技术介绍
新能源的间歇性及能源需求的波动对储能技术提出了越来越高的要求，在此背景下，钠离子电池由于其资源丰富、价格低廉、环境友好而成了研究的热点。但是，由于钠离子电池缺少合适的负极材料，一直未能大规模应用。金属锡具有较高的理论储钠能力(845mAh/g)，但由于金属锡的储钠属于合金化反应，在充放电时会发生较大的体积变化。这种体积变化会造成电极表面SEI膜反复形成，不断消耗活性物质，反应过程中容量的迅速衰减。若直接将锡应用于电极，循环几圈后其容量几乎消失殆尽。有鉴于此，本专利技术旨在提供一种钠离子电池用锡碳复合电极，其通过构筑具有“钢筋混凝土”结构的锡碳复合电极，能够解决金属锡做钠离子电池负极材料时面临的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种钠离子电池用复合电极，其通过构筑具有“钢筋混凝土”结构的锡碳复合电极，能够解决金属锡做钠离子电池负极材料时面临的问题。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种钠离子电池用复合电极，按质量百分比计，包括如下组分：其中，氧化石墨经超声得到氧化石墨烯，起框架作用，氧化石墨可以提高结构的稳定性，粘结剂用于将各组分物质粘结在一起，成碳物用于形成碳基体，造孔剂在后期热处理时分解，留下孔道，供钠离子传输，锡颗粒用于提供容量。氧化石墨、粘接剂、成碳物、造孔剂和锡颗粒共同形成“钢筋混凝土”结构的锡碳复合电极，能够解决金属锡做钠离子电池负极材料时面临的问题。作为本专利技术钠离子电池用复合电极的一种改进，按质量百分比计，包括如下组分：作为本专利技术钠离子电池用复合电极的一种改进，所述粘接剂包括PVDF、SBR、明胶、聚丙烯酸类聚合物中的至少一种。作为本专利技术钠离子电池用复合电极的一种改进，所述成碳物为聚苯胺、聚吡咯、聚苯乙烯和聚丙烯腈中的至少一种。作为本专利技术钠离子电池用复合电极的一种改进，所述造孔剂为淀粉、碳酸氢铵、碳酸铵、氯化铵和草酸中的至少一种。作为本专利技术钠离子电池用复合电极的一种改进，所述锡颗粒为由50nm-200nm的小颗粒团聚形成的粒径为500nm-5μm的二次颗粒。由于锡储钠的原理是合金化反应，因此，粒径越小其性能越好。作为本专利技术钠离子电池用复合电极的一种改进，其制备方法包括以下步骤：步骤一，将氧化石墨加入溶剂中，超声分散，得到氧化石墨烯的分散液；步骤二，向氧化石墨烯的分散液中加入粘接剂和锡颗粒，加热搅拌，形成浆料，调整浆料的黏度为1000-2000Pa·S；这样涂布时浆料的流动性及与基体之间的黏附都较合适，能得到较好的涂膜效果。步骤三，将步骤二得到的浆料涂布于集流体上，热处理，即得复合电极。作为本专利技术钠离子电池用复合电极的一种改进，步骤一所述溶剂为NMP，氧化石墨烯的分散液的浓度为3-10g/mL，在这一范围内超声粉碎后可以得到充分分散的氧化石墨烯。作为本专利技术钠离子电池用复合电极的一种改进，步骤二中加热的温度为60℃-100℃，加热的持续时间为8-12h。加热搅拌可以让粘接剂和成碳剂充分溶剂，也有利于锡颗粒在有机物基体中的均匀分散。作为本专利技术钠离子电池用复合电极的一种改进，步骤三所述集流体为铜箔或铝箔，热处理的温度为280-400℃，热处理的持续时间为1h-5h。热处理的作用是让复合电极中的造孔剂分解，形成孔道，从而为钠离子的输运构建通道。实验结果显示，锡颗粒未加任何保护直接用作钠离子电池的电极材料时，其初始比容量有460mAh/g，但比容量迅速衰减，5圈后基本没容量。而采用本专利技术之后，钠离子电池在循环100圈后，整个电极仍有200多的比容量。这是因为，未经处理的Sn在反应过程中重复形成SEI膜，造成电极粉化，容量迅速衰减。而本专利技术则可以在Sn颗粒外层形成炭层，从而保护Sn不与电解液直接接触，使得循环性能大幅提升。总之，本专利技术通过氧化石墨、粘接剂、成碳物、造孔剂和锡颗粒有效、合理的配搭，大大减缓金属锡在反应过程中的容量衰减，提升其循环性能，使得锡颗粒用作钠离子电池的负极材料成为可能。具体而言，在本专利技术中，专利技术人构建了一种“钢筋混凝土”结构。利用氧化石墨烯的力学性能搭建框架，利用成碳物构建保护碳层，然后将活性物质锡颗粒嵌入其中，再利用淀粉分解形成钠离子传输的通道。整个结构中，活性物质锡颗粒提供储钠的容量；碳层对活性物质起保护作用，防止活性物质不断的与电解液反应；淀粉分解形成的通道可作为钠离子输运的通道。这样一种复合结构充分发挥各组分的优势，相互之间协同作用，整个电极对钠离子表现出较好的保护性，因而电极整体表现出良好的储钠性能。附图说明图1为包含本专利技术实施例1和对比例1的钠离子电池的循环曲线图。图2为本专利技术实施例1和对比例1的钠离子电池(编号为S1和D1)的循环曲线图。具体实施方式实施例1本实施例提供了一种钠离子电池用复合电极，按质量百分比计，包括如下组分：其中，粘接剂为PVDF，成碳物为聚苯胺，造孔剂为淀粉，锡颗粒为由50nm-200nm的小颗粒团聚形成的粒径为500nm-5μm的二次颗粒。其制备方法包括以下步骤：步骤一，将氧化石墨加入溶剂NMP中，超声分散，得到浓度为5g/mL的氧化石墨烯的分散液；步骤二，向氧化石墨烯的分散液中加入粘接剂和锡颗粒，在80℃下加热搅10h拌，形成浆料，调整浆料的黏度为1500Pa·S；步骤三，将步骤二得到的浆料涂布于集流体铜箔上，在320℃下热处理2h，即得复合电极。该复合电极的结构示意图如图1所示。实施例2本实施例提供了一种钠离子电池用复合电极，按质量百分比计，包括如下组分：其中，粘接剂为SBR，成碳物为聚吡咯，造孔剂为碳酸氢铵，锡颗粒为由50nm-200nm的小颗粒团聚形成的粒径为500nm-5μm的二次颗粒。其制备方法包括以下步骤：步骤一，将氧化石墨加入溶剂NMP中，超声分散，得到浓度为7g/mL的氧化石墨烯的分散液；步骤二，向氧化石墨烯的分散液中加入粘接剂和锡颗粒，在70℃下加热搅12h拌，形成浆料，调整浆料的黏度为1600Pa·S；步骤三，将步骤二得到的浆料涂布于集流体铝箔上，在300℃下热处理3h，即得复合电极。实施例3本实施例提供了一种钠离子电池用复合电极，按质量百分比计，包括如下组分：其中，粘接剂为明胶，成碳物为聚苯乙烯，造孔剂为碳酸铵，锡颗粒为由50nm-200nm的小颗粒团聚形成的粒径为500nm-5μm的二次颗粒。其制备方法包括以下步骤：步骤一，将氧化石墨加入溶剂NMP中，超声分散，得到浓度为7g/mL的氧化石墨烯的分散液；步骤二，向氧化石墨烯的分散液中加入粘接剂和锡颗粒，在90℃下加热搅11h拌，形成浆料，调整浆料的黏度为1700Pa·S；步骤三，将步骤二得到的浆料涂布于集流体铜箔上，在330℃下热处理4h，即得复合电极。实施例4本实施例提供了一种钠离子电池用复合电极，按质量百分比计，包括如下组分：其中，粘接剂为聚丙烯酸类聚合物，成碳物为聚丙烯腈，造孔剂为氯化铵，锡颗粒为由50nm-200nm的小颗粒团聚形成的粒径为500nm-5μm的二次颗粒。其制备方法包括以下步骤：步骤一，将氧化石墨加入溶剂NMP中，超声分散，得到浓度为6g/mL的氧化石墨烯的分散液；步骤二，向氧化石墨烯的分散液中加入粘接剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钠离子电池用复合电极，其特征在于：按质量百分比计，包括如下组分：氧化石墨   5%‑10%；粘接剂     5%‑15%；成碳物     10%‑25%；造孔剂     5%‑10%；锡颗粒     50%‑70%。

【技术特征摘要】
2018.03.19 CN 201810223148X1.一种钠离子电池用复合电极，其特征在于：按质量百分比计，包括如下组分：氧化石墨5%-10%；粘接剂5%-15%；成碳物10%-25%；造孔剂5%-10%；锡颗粒50%-70%。2.根据权利要求1所述的钠离子电池用复合电极，其特征在于：按质量百分比计，包括如下组分：氧化石墨6%-9%；粘接剂7%-14%；成碳物12%-22%；造孔剂6%-9%；锡颗粒55%-65%。3.根据权利要求1或2所述的钠离子电池用复合电极，其特征在于：所述粘接剂包括PVDF、SBR、明胶、聚丙烯酸类聚合物中的至少一种。4.根据权利要求1或2所述的钠离子电池用复合电极，其特征在于：所述成碳物为聚苯胺、聚吡咯、聚丙烯腈和聚苯乙烯中的至少一种。5.根据权利要求1或2所述的钠离子电池用复合电极，其特征在于：所述造孔剂为淀粉、碳酸氢铵、碳酸铵、氯化铵和草酸中的至少一种。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺艳兵，徐佳，位艳杰，吕伟，李宝华，杨全红，康飞宇，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44