一种有机补钠添加剂、正极极片以及在钠离子电池中的应用制造技术

本发明专利技术涉及钠离子电池技术领域，具体涉及一种有机补钠添加剂、正极极片以及在钠离子电池中的应用。有机补钠添加剂为链状有机化合物，所述链状有机化合物的化学式为C

【技术实现步骤摘要】
一种有机补钠添加剂、正极极片以及在钠离子电池中的应用


[0001]本专利技术涉及钠离子电池
，具体涉及一种有机补钠添加剂、正极极片以及在钠离子电池中的应用。

技术介绍

[0002]能源和环境问题是人类当前面对的重大挑战，随着“碳中和”目标的提出，未来可再生能源占比势必会不断攀升，发展储能技术是可再生能源加速渗透的必由之路，具有重要战略意义。众多储能技术中，电化学储能由于其应用场景广泛、综合性能出色等特点，成为增长扩容最快的类别。锂离子电池具有高能量密度、无记忆效应、便携、环境友好等优势，是电化学储能中的绝对主力，近年来在电动汽车、电网储能、家用储能等领域快速发展。然而锂资源在地壳中的丰度较低且分布不均，使得锂离子电池难以满足不断增长的储能需求，因此开发低成本的二次电池势在必行，钠离子电池与锂离子电池的工作原理相似，而且在自然界的含量丰富，同时安全性高，使其在储能领域中有着广泛的应用前景。
[0003]钠离子电池的工作原理和锂离子电池相类似；值得注意的是，锂离子电池中普遍采用的石墨负极在钠离子电池酯类电解液中由于尺寸、热力学等问题几乎不能储钠。目前，硬碳由于其结构稳定、导电性高、高储钠容量高等特性，成为钠离子电池中性能最为优异且最有可能工业化应用的负极材料之一，然而由于硬碳缺陷较多、比表面积较大等原因，其SEI(电极电解液界面)形成和界面副反应伴随着更为严重的钠离子不可逆损耗，直接影响了钠离子电池的能量密度和循环寿命，尤其是对钠离子全电池的影响更大，针对上述问题，研究者们通过各种补钠技术对不可逆的钠离子损耗进行补偿。
[0004]目前的补钠技术主要分为正极补钠和负极补钠；负极补钠主要包括电化学预钠法(首先组装钠离子半电池，再将电池拆开取出负极与相应的正极材料组装成全电池)、直接接触法(通过内部短路法，将电极材料在电解质存在下与钠金属直接接触进行补钠)、直接补钠法(将负极材料直接与钠粉、含钠有机物(例如萘钠、联苯钠)等混合)；目前的负极补钠法存在操作复杂、成本较高且具有一定安全隐患等问题，难以在规模化工业生产中应用。正极补钠主要包括使用富钠正极(将金属钠与正极材料反应后形成富钠相后达到补钠目的)和补钠添加剂(添加剂在首次充电过程中分解提供钠离子进行补钠)两种方法，前者操作复杂，涉及新材料的合成，难度较大，不利于工业生产应用，而在正极中加入补钠添加剂的方法适用面广，操作简单，具有更好的规模化应用前景。
[0005]目前，有机补钠添加剂以无机物为主，包括NaN3、Na3P、NaNO3、NaCrO2、Na2CO3等。但这些补钠剂都存在一定的问题，例如：NaN3和Na3P存在毒性和安全性问题(J.Martinez De Ilarduya,L.Otaegui,J.M.L
ó
pez del Amo,M.Armand,G.Singh,Journal ofPower Sources 2017,337,197.)；Na2NiO2对空气比较敏感，需要保存在干燥室内而且后续产物的产生会降低电池的能量密度(K.Park,B.
‑
C.Yu,J.B.Goodenough,Chemistry ofMaterials 2015,27,6682.)；NaCrO2具有毒性，且补钠容量低；Na2CO3的补钠容量仅为理论容量的20％，钠利用率低，且会释放出氧气，对电池造成安全隐患；除此之外，一些带有苯环的有机物也可作为正
极补钠剂，例如：专利CN201811420710.4公开了一种补钠正极活性材料，该补钠剂是一种具有酚钠结构的化合物，其不仅毒性大，且补钠效率低，脱钠之后剩余有机苯环部分溶于电解液，对电池的性能造成负面影响。
[0006]综上所述，有必要提供一种安全环保、补钠容量高、适用于大规模工业生产且不会对正极材料本体或电池性能造成负面影响的有机补钠添加剂及其应用方案。

技术实现思路

[0007]针对上述现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种有机补钠添加剂、正极极片以及在钠离子电池中的应用，本专利技术目的是提供一种有机补钠添加剂，采用有机补钠添加剂制备正极极片，并将该正极极片应用在钠离子电池中，旨在补偿钠离子电池在化成过程中由于形成固体电解质界面膜(SEI)或发生副反应引发的不可逆钠离子损耗，提高全电池的实际容量，实现钠离子电池循环寿命和能量密度的提升。
[0008]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0009]一种有机补钠添加剂，所述有机补钠添加剂为链状有机化合物，所述链状有机化合物的化学式为C
m
H
2m
‑7Na3O7(m≥4)。
[0010]优选的，所述链状有机化合物的结构式为：优选的，所述链状有机化合物的结构式为：其中R选自碳原子数为1
‑
6的烷基。
[0011]本专利技术还保护了有机补钠添加剂制备的正极极片，所述正极极片按照如下步骤制备：
[0012]将正极活性材料、有机补钠添加剂、导电添加剂I和正极粘结剂干混后，加入至溶剂I中制成浆料，将浆料均匀涂布在集流体I上，然后干燥；
[0013]其中，所述有机补钠添加剂的质量为正极活性材料、导电添加剂I和正极粘结剂总量的5
‑
40％。
[0014]优选的，所述正极活性材料选自过渡金属层状氧化物、聚阴离子化合物、普鲁士蓝、普鲁士蓝类似物、含钠有机化合物中的一种或多种的混合，正极活性材料包括但不限于：NaNiO2、Na
0.67
(Ni
x
Mn
y
Ti1‑
x
‑
y
)O2(0<x<1,0<y<1)、NaMnO2、Na3V2(PO4)3、Na3V2O2(PO4)2F、Na2Fe2(SO4)3、Na2C6H2O4中的一种或多种的混合。
[0015]本专利技术还保护了正极极片在制备钠离子电池中的应用，所述钠离子电池按照如下步骤制备：
[0016]正极极片制备：将正极极片进行裁剪；
[0017]负极极片制备：将负极活性材料、导电添加剂II和负极粘结剂干混后，加入至溶剂II中制成浆料，将浆料均匀涂布在集流体II上，然后干燥，得到负极极片并进行裁剪；
[0018]电解液的制备：将钠盐溶于有机溶剂中得到电解液，电解液的浓度为：0.5
‑
3mol/L；
[0019]钠离子电池的制备：将正极极片、隔膜、电解液和负极极片依次进行组装，经过化成、静置工艺制得钠离子电池。
[0020]优选的，所述负极活性材料选自碳基材料、合金反应材料、转化反应材料中的一种或多种的混合，负极活性材料包括但不限于：硬碳、石墨、石墨烯、碳纳米管、Sn、Sb、Ge、SnO2、Sb2O3、CuO、Fe2O3、SnS2、MoS2、NaTi2(PO4)3的一种或多种的混合。
[0021]优选的，所述电解液中钠盐选自NaClO4、NaPF6、NaOTF、NaTFSI中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机补钠添加剂，其特征在于，所述有机补钠添加剂为链状有机化合物，所述链状有机化合物的化学式为C
m
H
2m
‑7Na3O7(m≥4)。2.根据权利要求1所述的一种有机补钠添加剂，其特征在于，所述链状有机化合物的结构式为：其中R选自碳原子数为1
‑
6的烷基。3.一种利用权利要求1
‑
2任一项所述的有机补钠添加剂制备的正极极片，其特征在于，所述正极极片按照如下步骤制备：将正极活性材料、有机补钠添加剂、导电添加剂I和正极粘结剂干混后，加入至溶剂I中制成浆料，将浆料均匀涂布在集流体I上，然后干燥；其中，所述有机补钠添加剂的质量为正极活性材料、导电添加剂I和正极粘结剂总量的5
‑
40％。4.根据权利要求3所述的正极极片，其特征在于，所述正极活性材料选自过渡金属层状氧化物、聚阴离子化合物、普鲁士蓝、普鲁士蓝类似物、含钠有机化合物中的一种或多种的混合。5.一种权利要求4所述的正极极片在制备钠离子电池中的应用，其特征在于，所述钠离子电池按照如下步骤制备：正极极片制备：将正极极片进行裁剪；负极极片制备：将负极活性材料、导电添加剂II和负极粘结剂干混后，加入至溶剂II中制成浆料，将浆料均匀涂布在集流体II上，然后干燥，得到负极极片并进行裁剪；电解液的制备：将钠盐溶于有机溶剂中得到电解液，电解液的浓度为：0.5
‑
3mol/L；钠离子电池的制备：将正极极片、隔膜、电解液和负极极片依次进行组装，经过化成、静置工艺制得钠离子电池。6.根据权利要求5所述的正极极片在制备钠离子电池中的应用，其特征在于，所述负极活性材...

【专利技术属性】
技术研发人员：金婷，沈超，谢科予，张涛，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：