一种钠离子软包电芯电池的制备方法技术

本发明专利技术属于钠离子电池技术领域，具体涉及一种钠离子软包电芯电池的制备方法，以硫酸铁钠复合正极材料、Super

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子软包电芯电池的制备方法


[0001]本专利技术属于钠离子电池
，具体涉及一种钠离子软包电芯电池的制备方法。

技术介绍

[0002]近两年，钠离子电池的产业化进程得到了飞速地发展，相比于广泛应用的锂离子电池，钠离子电池由于钠盐储量丰富、原材料成本低廉、高热稳定性、宽的工作温度区间等显著的优势，以及其与锂离子电池类似的工作原理，被公认为是适用于未来低速电动交通工具和大规模储能系统等的理想二次电池。随着钠离子电池的不断开发，越来越多的钠离子全电池被提出，但是，作为电池重要分支之一的软包电池还未有钠离子电池的相关报道。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中的问题，本专利技术提供一种钠离子软包电芯电池的制备方法，解决了钠离子在软包电池领域的匮乏，利用硫酸铁钠复合正极材料带有的碳基材料的表面包裹修饰，可以提高活性材料的表面疏水性，同时，能提升其电化学储钠过程中的表界面稳定性，确保电子和钠离子的传输，从而获得优异的电化学性能，实现其大规模的材料量产和电芯的实际应用。
[0004]为实现以上技术目的，本专利技术的技术方案是：
[0005]一种钠离子软包电芯电池的制备方法，包括：
[0006]步骤1，制备正极极片：以硫酸铁钠复合正极材料、Super
‑
p、聚偏氟乙烯按照92:2:6的质量比来称取，将上述三种材料分散在N
‑
甲基吡咯烷酮溶剂中，混合均匀后涂布到涂炭铝箔上，涂炭层的厚度为1um，120℃真空条件下干燥12h，获得正极极片，所得极片面密度为9.5
‑
17.5mg/cm2；
[0007]步骤2，制备负极极片：硬碳负极材料、Super
‑
p、丁苯橡胶、羧甲基纤维素按照95:1.5:2:1.5的质量比来称取，将上述四种材料分散在纯水中，混合均匀后涂布到铝箔上，80℃真空条件下干燥12h，获得负极极片，所得极片面密度为2.5
‑
6.5mg/cm2；
[0008]步骤3，极片模切：模切前先将极片辊压至合适的压实密度；然后分别将极片模切成合适尺寸；
[0009]步骤4，制备电池：将正、负极极片用电焊机焊接上极耳，然后按照正极极片、隔膜、负极极片的顺序叠好，固定，并一同放入半封口的铝塑膜中，完成顶、侧封后，转移至85℃真空条件下干燥12h；在干燥结束后的电芯中添加电解质，真空封装后获得钠离子软包电芯电池。
[0010]所述电解质的浓度为1mol/L，且该电解质的溶质为六氟磷酸钠，溶剂为碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯的混合液，所述碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯的体积比为1:99
‑
99:1。
[0011]所述硫酸铁钠复合正极材料采用碳包裹的硫酸铁钠正极材料，包括活性硫酸铁钠材料和碳基包裹材料，其中，所述碳基包裹材料的质量比为0.01
‑
20％；所述碳基包裹材料
采用碳纳米管、碳纤维、还原的氧化石墨烯、石墨烯、导电炭黑、活性炭中的一种。碳基材料能够将硫酸铁钠材料形成包裹，解决硫酸钠铁正极材料易表面吸水、易被氧化失活、本征电导率差、储钠动力学缓慢等问题，以及电化学储钠过程中存在的工作电压和克容量偏低、循环容量衰减快、倍率性能不佳、低温工作性能差等的应用难题。
[0012]所述硫酸铁钠的分子式为Na
x
Fe(SO4)
y
，其中，y＝(x+2)/2；1.0≤x≤3.0。
[0013]所述硫酸铁钠复合正极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0014]a1，将硫酸铁钠材料和碳基包裹材料按比例加入至氧化锆球磨罐中，加入氧化锆球并冲入氮气或真空保护，进行球磨处理，得到碳包裹硫酸铁钠中间体材料；所述硫酸铁钠材料与碳基包裹材料的质量比为99.9:0.01
‑
80:20；所述球磨处理中的球料比为50:1
‑
1:50，所述球磨的自转速率为200
‑
1000r/min，公转速率为100
‑
500r/min，球磨时间为0.1
‑
48h；
[0015]a2，将碳包裹硫酸铁钠中间体材料转移至箱式炉内，在氮气或氩气保护气氛下，进行热处理，然后热处理后的产物粉碎成粉，得到复合正极材料，所述热处理的温度为300
‑
400℃，时间为0.1
‑
48h。
[0016]所述碳基包裹材料在使用前需要进行活化处理，活性处理后的碳基材料能够利用表面基团的活性，提升其对活性硫酸铁钠的稳定包裹，大大提升了稳定效果。所述碳基包裹材料的活化方法包括将碳基材料加入到一定浓度的酸溶液中，其中酸溶液包括盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸、醋酸或各种有机酸等，浓度为0.01
‑
100wt.％，倒入在密封的聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，进行水热处理，处理温度50
‑
250℃，处理时间0.01
‑
120小时后，用去离子水和乙醇交替洗涤几次，直到pH值约为7，后经干燥后收集表面活化处理的碳基材料。经过活化处理后的碳基包裹材料表面杂质基本去除，同时能够将碳基包裹材料的表面达到改性，有助于碳基包裹材料与活性硫酸铁钠材料的稳定连接，即提升硫酸铁钠表面包裹均匀性。其次，改性后碳基包裹材料不仅实现了表面的改性，还实现了碳基包裹材料内的微孔通道的稳定，大大提升了改性微孔通道的效果。
[0017]所述碳基包裹材料采用氮化碳基包裹材料，氮元素的掺杂能够对碳基包裹材料形成元素层面的改性，不仅可以增加电极材料的电化学反应缺陷和活性位点，同时有效的提升导电性，增强钠离子的扩散速度与储钠能力。该氮化碳基包裹材料以三聚氰胺为氮源，经高温处理获得，进一步的，所述氮化碳基包裹材料的制备方法，包括：a1，将碳基包裹材料放入酸溶液中超声清洗10min，然后放入碱溶液中继续超声30min，取出烘干得到碱活化的碳基材料，所述酸溶液为pH为5
‑
6的盐酸，超声清洗的频率为40
‑
60kHz，温度为10
‑
40℃，所述碱溶液为pH为10的氢氧化钠溶液，烘干温度为100
‑
120℃，该步骤利用酸洗和碱洗将碳基包裹材料形成表面清洗和表面活性均一化，以羟基为主，同时利用超声的方式将碳基包裹材料完全打开，达到良好的裸露，a2，将尿素加入蒸馏水中形成溶解液，并放入碳基材料，恒温搅拌1
‑
2h，过滤后静置晾干，得到镀膜碳基包裹材料，所述尿素在溶解液中的浓度为40
‑
70g/L，所述恒温搅拌的温度50
‑
60℃，搅拌速度为500
‑
1000r/min，晾干的温度为80
‑
100℃；所述尿素与碳基材料的质量比为1.5
‑
2:1，a3，将镀膜碳基包裹材料放入氮气氛围中烧结处理，自然冷却后干燥，得到氮改性活性炭，所述烧结处理包括升温段和焙烧段，所述升温段的升温速度为5
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子软包电芯电池的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括：步骤1，制备正极极片：以硫酸铁钠复合正极材料、Super
‑
p、聚偏氟乙烯按照92:2:6的质量比来称取，将上述三种材料分散在N
‑
甲基吡咯烷酮溶剂中，混合均匀后涂布到涂炭铝箔上，涂炭层的厚度为1um，120℃真空条件下干燥12h，获得正极极片；步骤2，制备负极极片：硬碳负极材料、Super
‑
p、丁苯橡胶、羧甲基纤维素按照95:1.5:2:1.5的质量比来称取，将上述四种材料分散在纯水中，混合均匀后涂布到铝箔上，80℃真空条件下干燥12h，获得负极极片；步骤3，极片模切：模切前先将极片辊压至合适的压实密度；然后分别将极片模切成合适尺寸；步骤4，制备电池：将正、负极极片用电焊机焊接上极耳，然后按照正极极片、隔膜、负极极片的顺序叠好，固定，并一同放入半封口的铝塑膜中，完成顶、侧封后，转移至85℃真空条件下干燥12h；在干燥结束后的电芯中添加电解质，真空封装后获得钠离子软包电芯电池；所述硫酸铁钠复合正极材料采用碳基包裹的硫酸铁钠正极材料，包括活性硫酸铁钠材料和碳基包裹材料，所述碳基包裹材料的质量比为0.01
‑
20％；所述碳基包裹材料采用碳纳米管、碳纤维、还原的氧化石墨烯、石墨烯、导电炭黑、活性炭中的一种，所述活性硫酸铁钠的分子式为Na
x
Fe(SO4)
y
，其中，y＝(x+2)/2；1.0≤x≤3.0；所述碳基包裹材料在使用前需要进行活化处理，所述碳基包裹材料的活化方法包括将碳基材料加入到一定浓度的酸溶液中，倒入在密封的聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，进行水热处理，用去离子水和乙醇交替洗涤几次，直到pH值...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵建庆，陈雷，马恬，刁继波，贾琪婷，
申请(专利权)人：江苏众钠能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：