一种钠离子电池用柔性自支撑正极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种钠离子电池用柔性自支撑正极及其制备方法和应用，涉及钠离子电池技术领域。柔性自支撑正极的制备方法，包括以下步骤：采用溶胶

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池用柔性自支撑正极及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及钠离子电池
，尤其涉及一种钠离子电池用柔性自支撑正极及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]柔性电子产业的蓬勃发展推动了与之相匹配的柔性储能器件的研发，柔性储能器件既要具有传统电池的电化学特性，又能承受弯曲、折叠、拉伸和压缩等形变，轻薄且结构灵活可变。柔性储能器件通常包括锂离子电池和钠离子电池，相比于锂离子电池，钠离子电池具有价格便宜、资源分布广、电解质的选择范围宽等优势，而且钠离子电池是工作原理、电池结构与锂离子电池相似，兼容锂离子电池现有的生产设备，目前，钠离子电池被认为是最有可能取代或补充锂离子电池的下一代新型储能电池。
[0003]现阶段柔性钠离子电池及相关材料的研究尚处于初级起步阶段，以碳材料为柔性基底、通过涂覆法、浸渍法、原位生长法或真空抽滤法等制备柔性自支撑正极时，碳基集流体与活性材料间的粘附力差，连续弯折变形后活性材料容易从集流体上脱落，导致电化学性能恶化。目前，采用静电纺丝技术来制备柔性自支撑电极，为柔性自支撑电极的研发提供了更多选择，但目前采用静电纺丝技术来制备柔性自支撑电极，主要是用来制备聚阴离子型柔性自支撑正极，但是聚阴离子型材料离子或电子的电导率低，理论比容量有限，相对分子质量大，制约了柔性自支撑正极的应用发展，而氧化物类正极具有较高的理论比容量，合适的工作电压和快速的钠离子脱嵌能力等，更加适应于商业化应用，然而，由于普通氧化物类正极都是在空气或者氧气氛围下生成的，与静电纺丝技术后续的高温煅烧所需的非氧化性气氛不兼容，导致现有技术难以用静电纺丝技术来制备兼具良好电化学性能和机械柔韧性的氧化物类柔性自支撑正极。

技术实现思路

[0004]针对
技术介绍
提出的问题，本专利技术的目的在于提出一种钠离子电池用柔性自支撑正极的制备方法，通过静电纺丝技术和亚铬酸钠粉末的制备技术相结合，构建出兼具良好电化学性能和机械柔韧性的柔性自支撑正极。
[0005]本专利技术的另一目的在于提出一种钠离子电池用柔性自支撑正极，具备良好的电化学性能和机械柔韧性。
[0006]本专利技术的又一目的在于提出一种钠离子电池，具备良好的电化学性能和机械柔韧性。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种钠离子电池用柔性自支撑正极的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)采用溶胶
‑
凝胶法制备亚铬酸钠粉末；
[0010](2)将亚铬酸钠粉末和聚丙烯腈添加到N,N
‑
二甲基甲酰胺熔剂中，混合均匀，得到纺丝液；
[0011](3)将纺丝液通过静电纺丝拉扯成丝，得到含有亚铬酸钠的柔性纺丝膜；
[0012](4)将柔性纺丝膜依次进行真空干燥和煅烧处理，得到柔性自支撑正极，煅烧处理在还原性气氛下进行。
[0013]进一步的，在所述步骤(4)中，所述柔性纺丝膜进行真空干燥的的温度为75～85℃，所述真空干燥的时间为12～16h；
[0014]所述柔性纺丝膜进行煅烧处理的温度为600～800℃，时间为4～12h，升温速率为2℃/min。
[0015]进一步的，在所述步骤(4)中，对所述柔性纺丝膜进行真空干燥后，先对柔性纺丝膜进行预煅烧，预煅烧后再对柔性纺丝膜进行煅烧处理；
[0016]所述预煅烧的温度为270～290℃，所述预煅烧的时间为1.5～2.5h，所述预煅烧的升温速率为1℃/min。
[0017]进一步的，所述步骤(1)中，采用溶胶
‑
凝胶法制备亚铬酸钠粉末的操作如下：将乙酸钠、乙酸铬和柠檬酸溶解于去离子水中后，置于65～75℃的油浴锅中，搅拌，得到凝胶；凝胶冷冻干燥后研磨，研磨后进行第一次煅烧，得到亚铬酸钠粗产品；将亚铬酸钠粗产品研磨后，进行第二次煅烧，第二次煅烧完成后研磨，得到亚铬酸钠粉末。
[0018]进一步的，所述第一次煅烧的温度为250～300℃，所述第一次煅烧的时间为1.5～2.5h；
[0019]所述第二次煅烧的温度为850～950℃，所述第二次煅烧的时间为8～12h，所述第二次煅烧在还原性气氛下进行。
[0020]进一步的，所述乙酸钠、所述乙酸铬和所述柠檬酸的摩尔比为1.15：1：1。
[0021]进一步的，在所述步骤(2)中，按质量百分数，在所述纺丝液中，所述聚丙烯腈的添加量为6％～15％，所述亚铬酸钠粉末的添加量为8％～18％。
[0022]进一步的，所述步骤(3)的操作如下：吸取5ml的纺丝液，调节静电纺丝机的电压为15kV，推进流速为0.8
‑
1.6ml/h，收集转速为400rpm，针头往返距离为50mm，移动速度为30mm/s，针头与收集器之间的距离为15cm，启动静电纺丝机进行纺丝，得到含有亚铬酸钠颗粒的柔性纺丝膜。
[0023]一种钠离子电池用柔性自支撑正极，由上述的钠离子电池用柔性自支撑正极的制备方法制备得到。
[0024]一种钠离子电池，包括上述的钠离子电池用柔性自支撑正极。
[0025]上述技术方案具有以下有益效果：本技术方案选取亚铬酸钠作为氧化物类正极材料，同时通过静电纺丝技术和亚铬酸钠粉末的制备技术相结合，构建出兼具良好电化学性能和机械柔韧性的氧化物类亚铬酸钠(NaCrO2)柔性自支撑正极，同时满足柔性钠离子电池对电化学性能和机械柔韧性的需求，而且，本技术方案制备得到的柔性自支撑正极不需涂布可直接充当钠离子电池正极，用于装配钠离子电池。由此可见，本技术方案制备得到的柔性自支撑正极有望推动柔性钠离子电池的实用化进程，缓解锂离子电池供需紧张的现状，促进柔性电子器件、智能可穿戴产品的快速发展。
附图说明
[0026]图1是本专利技术实施例1的柔性自支撑正极的SEM分析图；
[0027]图2本专利技术实施例2的柔性自支撑正极的XRD分析图；
[0028]图3为将实施例3的柔性自支撑正极组装成实验扣式电池后的首次充放电曲线图；
[0029]图4是本专利技术实施例4的柔性自支撑正极的机械性能状态图；
[0030]图5是本专利技术实施例6的柔性自支撑正极的机械性能状态图；
具体实施方式
[0031]下面结合附图及具体实施方式进一步说明本专利技术的技术方案。
[0032]一种钠离子电池用柔性自支撑正极的制备方法，包括以下步骤：
[0033](1)采用溶胶
‑
凝胶法制备亚铬酸钠粉末；
[0034](2)将亚铬酸钠粉末和聚丙烯腈添加到N,N
‑
二甲基甲酰胺溶剂中，混合均匀，得到纺丝液；
[0035](3)将纺丝液通过静电纺丝拉扯成丝，得到含有亚铬酸钠的柔性纺丝膜；
[0036](4)将柔性纺丝膜依次进行真空干燥和煅烧处理，得到柔性自支撑正极，煅烧处理在还原性气氛下进行。
[0037]目前采用静电纺丝技术来制备柔性自支撑电极，主要是用来制备聚阴离子型柔性自支撑正极，但是聚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池用柔性自支撑正极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用溶胶
‑
凝胶法制备亚铬酸钠粉末；(2)将亚铬酸钠粉末和聚丙烯腈添加到N,N
‑
二甲基甲酰胺熔剂中，混合均匀，得到纺丝液；(3)将纺丝液通过静电纺丝拉扯成丝，得到含有亚铬酸钠的柔性纺丝膜；(4)将柔性纺丝膜依次进行真空干燥和煅烧处理，得到柔性自支撑正极，煅烧处理在还原性气氛下进行。2.根据权利要求1所述的钠离子电池用柔性自支撑正极的制备方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，所述柔性纺丝膜进行真空干燥的的温度为75～85℃，所述真空干燥的时间为12～16h；所述柔性纺丝膜进行煅烧处理的温度为600～800℃，时间为4～12h，升温速率为2℃/min。3.根据权利要求1所述的钠离子电池用柔性自支撑正极的制备方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，对所述柔性纺丝膜进行真空干燥后，先对柔性纺丝膜进行预煅烧，预煅烧后再对柔性纺丝膜进行煅烧处理；所述预煅烧的温度为270～290℃，所述预煅烧的时间为1.5～2.5h，所述预煅烧的升温速率为1℃/min。4.根据权利要求1所述的钠离子电池用柔性自支撑正极的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，采用溶胶
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凝胶法制备亚铬酸钠粉末的操作如下：将乙酸钠、乙酸铬和柠檬酸溶解于去离子水中后，置于65～75℃的油浴锅中，搅拌，得到凝胶；凝胶冷冻干燥后研磨，研磨后进行第一次煅烧，得到亚铬酸钠粗产品；将亚...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丽英，梁锦记，梁敏，余菲燕，施志聪，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：