一种改性钛酸钠负极材料、钠离子电池负极及钠离子电池制造技术

本发明专利技术涉及钠离子电池领域，本发明专利技术公开了一种改性钛酸钠负极材料、钠离子电池负极及钠离子电池。本发明专利技术利用阴离子表面活性剂与阳离子表面活性剂之间的亲和作用，使钛酸锂均匀分散地附着在钛酸钠表面，对钛酸钠进行改性，得到改性钛酸钠负极材料。将该材料应用于钠离子负极，大大提高钛酸钠作为电池负极的能量密度，提高电池的性能稳定性。同时，含有该改性钛酸钠负极材料的钠离子电池，具有良好的循环寿命。命。

【技术实现步骤摘要】
一种改性钛酸钠负极材料、钠离子电池负极及钠离子电池


[0001]本专利技术涉及钠离子电池领域，尤其涉及一种改性钛酸钠负极材料、钠离子电池负极及钠离子电池。

技术介绍

[0002]锂电池的核心原材料是碳酸锂及氢氧化锂，但锂在地壳中含量低，锂矿开采难，随着锂电池的广泛应用，如用于电动汽车、手机、笔记本电脑、电动工具、电动两轮车、储能及其它专用车电池等，锂矿供需矛盾突出，碳酸锂价格上涨，锂电池成本也急剧增加。因此，寻找锂电池的代替电池亟不可待。
[0003]钠与锂性能接近，钠离子电池可以作为锂离子电池良好的补充。钠离子的优势在于其正极原材料钠地壳含量丰富，易于获取，价格低廉。但钠离子电池的制造与应用中，也存在需解决的问题。
[0004]比如，目前钠离子电池负极一般使用煤系或生物质不定形硬碳，其存在着以下问题：(1)不定形碳由于石墨化程度低，因而首次库仑效率偏低；(2)前驱体及烧结温度的影响，导致其真密度及振实密度偏低；(3)硬碳嵌钠机理不明确，对于负极成膜及电解液开发造成较大干扰。如授权公告号为CN104600271B、授权公告日为2017年02月22日的中国专利提供了一种钠离子电池钛酸钠/石墨烯复合负极材料的制备方法，其提供的钛酸钠/石墨烯复合负极材料首次库伦效率较低，仅为320mAh/g。
[0005]因此，需出现更多的钠离子电池技术提供具有较高的首次库伦效率、长循环寿命及优异的倍率性能的钠离子电池，以满足人类日益进步的社会发展，以满足人们日常生活的需求。

技术实现思路

[0006]为了解决上述提高钠离子首次库伦效率及振实密度、增加循环寿命的技术问题，本专利技术提供了一种改性钛酸钠负极材料、钠离子电池负极及钠离子电池。本专利技术通过在钛酸钠中嵌入钛酸锂，对钛酸钠进行改性，大大提高钛酸钠作为电池负极的振实密度，提高电池的性能稳定性。含有该改性钛酸钠负极材料的钠离子电池，具有良好的循环寿命。
[0007]本专利技术的具体技术方案为：一方面，本专利技术提供了一种改性钛酸钠负极材料，其包含以下重量份的组分：改性钛酸钠100份，N
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甲基吡咯烷酮40～50份，导电剂3～4份，羧甲基纤维素钠1～2份，粘结剂0.5～1份，无水乙醇0.1～0.2份。其中，改性钛酸钠的原料包括：钛酸钠，钛酸锂，十二烷基苯磺酸钠，氯化十八烷基铵，去离子水。优选地，钛酸钠的粒径不大于15μm，钛酸锂的粒径不大于5μm。钛酸锂均匀分散附着在所述钛酸钠表面。
[0008]将钛酸锂嵌入钛酸钠的结构中，对钛酸钠进行改性，去提高钛酸钠作为电极材料的振实密度，进而提高电极的单位容量。本专利技术通过表面活性剂的作用，使钛酸锂能均匀分散附着在钛酸钠表面。具体地，采用湿法研磨的方法，先将钛酸钠与钛酸锂表面分别用阴离
子表面活性剂、阳离子表面活性剂包裹，然后利用表面活性剂的亲和作用，在高速搅拌下使钛酸锂均匀分散地附着在钛酸钠表面得到改性钛酸钠负极材料。利用该改性钛酸钠负极材料制备得到的负极，在充电过程中，当电极电位较高时，表面的钛酸锂也可以补偿嵌钠，大大减缓了钛酸钠反应极化的问题，延长电池的循环寿命。同时，由于钛酸锂的补偿性嵌钠作用，使得该负极的充放电曲线更为线性。
[0009]具体地，所述改性钛酸钠的制备方法如下：(a)在25～30℃下，将钛酸钠、十二烷基苯磺酸钠及去离子水按质量比20:4～5:35～40混合搅拌均匀后，放入高速球磨机中，以“研磨1～2min停歇10～15s”为1次循环，做10～12次循环研磨后，干燥、分散，得到粒径不大于15μm的粒子A。通过球磨的外界物理力作用，在干燥后，形成十二烷基苯磺酸钠均匀附着于钛酸钠结构表面的粒子A。由于高速球磨会产热，球磨以间歇性的方式进行更有利于粒子A结构的形成与稳定。
[0010](b)在25～30℃下，将钛酸锂、氯化十八烷基铵及去离子水按质量比20:4～5:34～38混合搅拌均匀后，放入高速球磨机中，以“研磨1～2min停歇10～15s”为1次循环，做9～11次循环研磨后，干燥、分散，得到粒径不大于5μm的粒子B。通过球磨的外界物理力作用，在干燥后，形成氯化十八烷基铵均匀附着于钛酸锂结构表面的粒子B。由于高速球磨会产热，球磨以间歇性的方式进行更有利于粒子B结构的形成与稳定。
[0011](c)在35～45℃下，将粒子A、粒子B及去离子水按质量比为5～6:3～4:100混合，以35
‑
40m/s分散线速度搅拌40～50min，然后干燥、分散，得到改性钛酸钠。
[0012]优选地，步骤(a)中研磨的速率为700～800r/min。
[0013]另一方面，本专利技术提供了含有上述改性钛酸钠负极材料的钠离子电池负极的制备方法，其包括以下步骤：(1)在35～55℃下，将羧甲基纤维素钠与N
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甲基吡咯烷酮混合，以10～20m/s分散线速度搅拌至清澈透明得到混合液体；在20～35℃下，向混合液体中加入导电剂，以15～30m/s分散线速度搅拌2～5h得到初浆；(2)在20～35℃下，向初浆中加入改性钛酸钠材料，以35
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40m/s分散线速度搅拌2.5～5.5h，然后加入粘结剂及无水乙醇搅拌1～3h，得到含改性钛酸钠材料的浆料；(3)将得到的含改性钛酸钠材料的浆料以100～200g/m2的密度均匀涂覆于集流体上，辊压后，经模切得到钠离子电池负极。
[0014]优选地，步骤(2)中，所述浆料的细度不大于15μm。
[0015]优选地，步骤(3)中，所述集流体的材料为铝箔、铜箔及钛箔中的一种。
[0016]优选地，步骤(3)中，所述辊压的压实密度为1.6～2.4g/cm3。
[0017]优选地，导电剂为乙炔黑、导电石墨、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯中的一种或几种。粘结剂为聚偏二氟乙烯、海藻酸钠、聚丙烯酸、聚四氟乙烯、丙烯腈共聚物、聚环氧乙烷、丁苯橡胶中的一种或几种。
[0018]另外，本专利技术还提供了一种钠离子电池，其原料包含改性钛酸钠负极材料。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：(1)本专利技术方法通过阴离子表面活性剂与阳离子表面活性剂的亲和作用，将钛酸锂均匀分散附着于钛酸钠结构表面，对钛酸钠进行改性，提高钛酸钠作为电池负极的振实密度，提高电池的性能稳定性。
[0020](2)本专利技术采用改性钛酸钠负极材料制备钠离子电池负极，具有较为线性的充放电曲线。
[0021](3)包含本专利技术改性钛酸钠负极材料的钠离子电池，在充电过程中，负极片表面的钛酸钠可以补偿嵌钠，大大减缓了钛酸钠反应极化的问题，具有较长的循环寿命。
附图说明
[0022]图1是实施例1负极的充放电曲线图；图2是实施例2负极的充放电曲线图；图3是实施例3负极的充放电曲线图；图4是对比例1负极的充放电曲线图；图5是对比例2负极的充放电曲线图。
具体实施方式
[0023]下面结合实施例对本专利技术作进一步的描述。
[0024]实施例1一种改性钛酸钠负极材料，包含以下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性钛酸钠负极材料，其特征在于：包含以下重量份的组分：改性钛酸钠100份，N
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甲基吡咯烷酮40~50份，导电剂3~4份，羧甲基纤维素钠1~2份，粘结剂0.5~1份，无水乙醇0.1~0.2份；所述改性钛酸钠的原料包括：钛酸钠，钛酸锂，十二烷基苯磺酸钠，氯化十八烷基铵，去离子水；所述钛酸钠的粒径不大于15 μm；所述钛酸锂的粒径不大于5 μm；所述钛酸锂均匀分散附着在所述钛酸钠表面。2.如权利要求1所述的一种改性钛酸钠负极材料，其特征在于：所述改性钛酸钠的制备方法如下：（a）在25~30℃下，将钛酸钠、十二烷基苯磺酸钠及去离子水按质量比20:4~5:35~40混合搅拌均匀后，放入高速球磨机中，以“研磨1~2min停歇10~15s”为1次循环，做10~12次循环研磨后，干燥、分散，得到粒径不大于15 μm的粒子A；（b）在25~30℃下，将钛酸锂、氯化十八烷基铵及去离子水按质量比20:4~5:34~38混合搅拌均匀后，放入高速球磨机中，以“研磨1~2min停歇10~15s”为1次循环，做9~11次循环研磨后，干燥、分散，得到粒径不大于5 μm的粒子B；（c）在35~45℃下，将粒子A、粒子B及去离子水按质量比为5~6:3~4:100混合，以35
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40 m/s分散线速度搅拌40~50 min，然后干燥、分散，得到改性钛酸钠。3.如权利要求2所述的一种改性钛酸钠负极材料，其特征在于：步骤（a）中，所述研磨的速率为700~800 r/min。4.一种含有如权利要求1~3之一所述改性钛酸钠负极材...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏锋，何福俭，陆鹏飞，孙翔宇，刘杰，施峰，张进孝，常林荣，
申请(专利权)人：浙江超恒动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：