正极集流体固态电解质涂层、正极极片及制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种正极集流体固态电解质涂层、正极极片及制备方法和应用，正极集流体固态电解质涂层包括：第一导电剂、无机固态电解质和第一粘结剂；第一导电剂包括：炭黑、导电石墨、气相生长碳纤维中的一种或多种；无机固态电解质包括：β

【技术实现步骤摘要】
正极集流体固态电解质涂层、正极极片及制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及钠电池材料
，特别涉及一种正极集流体固态电解质涂层、正极极片及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近几十年来，锂离子电池在电动汽车，消费电子和储能领域应用越来越普遍。然而锂资源较为稀缺，带来的较高的成本限制了锂离子电池的应用。钠离子电池由于钠的储量丰富，在成本方面相比锂离子电池，具有独特的竞争优势，可用于低端市场。
[0003]然而钠离子电池在应用过程中同样存在安全隐患，特别是在过充、过放、外力挤压和碰撞以及高温的环境下。不良的工况下，电池容易发生内短路，短时间内热量累积带来的温度的提升，会诱导电池内部许多放热副反应的发生，产生连锁效应，最终演化为电池的热失控。
[0004]为了解决上述问题，常见的策略是对钠离子电池正极材料进行包覆和掺杂，提高热稳定性。但是这种策略往往会牺牲钠离子电池的能量密度或者倍率性能，且无法解决化学稳定性较弱的正极活性材料与铝箔之间的副反应放热带来安全隐患的问题。为了攻克这一技术难题，有必要针对钠离子电池的正极集流体做适当的改性。固态电解质具有较好的化学稳定性、电化学稳定性和热稳定性，可以抑制钠电池热失控过程中的放热连锁反应的初始反应步骤，提高电池的安全性能。在钠电池正极集流体表面涂覆固态电解质涂层，既保证了电池的安全性能，又使得正极集流体兼具离子电导和电子电导，有利于正极材料动力学性能的发挥。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供的一种正极集流体固态电解质涂层、正极极片及制备方法和应用，以解决现有钠电池的安全性问题。
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种正极集流体固态电解质涂层，所述正极集流体固态电解质涂层包括：第一导电剂、无机固态电解质和第一粘结剂；
[0007]所述第一导电剂包括：炭黑、导电石墨、气相生长碳纤维中的一种或多种；
[0008]所述无机固态电解质包括：β
‑
Al2O3、Na
1+x
Zr2Si
x
P3‑
x
O
12
、Na3PS4、Na3PSe4、Na3SbS4、Na
10
SnP2S
12
、Na2S
‑
P2S5、Na2B
12
H
12
中的一种或多种，其中0≤x≤3；
[0009]所述无机固态电解质的粒径Dv50在100nm
‑
1.5μm之间；
[0010]所述第一粘结剂包括：羧甲基纤维素钠CMC、丁苯橡胶SBR、聚丙烯腈PAN、聚乙烯醇PVA、聚四氟乙烯PTFE、聚偏氟乙烯PVDF、聚酰亚胺PI中的一种或多种；
[0011]所述第一导电剂的质量占所述正极集流体固态电解质涂层的总质量的百分比为5％
‑
20％；
[0012]所述无机固态电解质占所述正极集流体固态电解质涂层的总质量的百分比为60％
‑
80％；
[0013]所述第一粘结剂占所述正极集流体固态电解质涂层的总质量的百分比为5％
‑
30％；
[0014]所述正极集流体固态电解质涂层用于制备钠电池的正极极片。
[0015]第二方面，本专利技术实施例提供了一种正极极片，所述正极极片包括上述第一方面所述的正极集流体固态电解质涂层；
[0016]所述正极极片还包括正极集流体和正极活性材料涂层。
[0017]优选的，所述正极集流体固态电解质涂层涂覆于所述正极集流体的两侧表面；所述正极集流体为铝箔；
[0018]所述正极集流体固态电解质涂层为单层，厚度为0.2μm
‑
10μm；
[0019]所述正极活性材料涂层涂覆于所述正极集流体固态电解质涂层的表面；所述正极活性材料涂层的厚度为20μm
‑
110μm。
[0020]优选的，所述正极活性材料涂层包括：正极活性材料、第二导电剂和第二粘结剂；
[0021]所述第二导电剂的质量占所述正极活性材料涂层的总质量的百分比为0％
‑
10％；
[0022]所述正极活性材料占所述固正极活性材料涂层的总质量的百分比为90％
‑
99％；
[0023]所述第二粘结剂占所述正极活性材料涂层的总质量的百分比为1％
‑
10％。
[0024]进一步优选的，所述正极活性材料包括：NaCoO2、NaFePO4、NaMnO2、Na
x
TiS2、Na
x
NbS2C
12
、Na
x
WO3‑
y
、Na
x
V
0.5
Cr
0.5
S、Na
x
MoS3、Na
x
TaS2中的一种或者多种，其中，0＜x＜2，0＜y＜1；
[0025]所述第二导电剂包括：炭黑、导电石墨、气相生长碳纤维中的一种或多种；
[0026]所述第二粘结剂包括：羧甲基纤维素钠CMC、丁苯橡胶SBR、聚丙烯腈PAN、聚乙烯醇PVA、聚四氟乙烯PTFE、聚偏氟乙烯PVDF、聚酰亚胺PI中的一种或多种。
[0027]第三方面，本专利技术实施例提供了一种上述第二方面所述的正极极片的制备方法，所述制备方法包括：
[0028]步骤S1，将无机固态电解质、第一导电剂、第一粘结剂和第一溶剂混合均匀，制备得到正极集流体固态电解质涂层浆料；
[0029]步骤S2，将所述正极集流体固态电解质涂层浆料通过辊涂、喷涂或微凹版涂覆工艺涂覆到正极集流体的两侧，置于真空干燥箱内，在100℃
‑
160℃真空烘干后，得到含有正极集流体固态电解质涂层的正极集流体；
[0030]步骤S3，将正极活性材料、第二导电剂、第二粘结剂和第二溶剂混合均匀，制备得到正极活性材料涂层浆料；
[0031]步骤S4，将正极活性材料涂层浆料通过辊涂或喷涂工艺方法，涂覆在正极集流体固态电解质涂层的表面上，置于真空干燥箱内，在100℃
‑
160℃真空烘干后，得到含有正极集流体固态电解质涂层和正极活性材料涂层的正极极片。
[0032]优选的，所述第一导电剂包括：炭黑、导电石墨、气相生长碳纤维中的一种或多种；
[0033]所述无机固态电解质包括：β
‑
Al2O3、Na
1+x
Zr2Si
x
P3‑
x
O
12
、Na3PS4、Na3PSe4、Na3SbS4、Na
10
SnP2S
12
、Na2S
‑
P2S5、Na2B
12
H
12
中的一种或多种，其中0≤x≤3；
[0034]所述无机固态电解质的粒径Dv5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极集流体固态电解质涂层，其特征在于，所述正极集流体固态电解质涂层包括：第一导电剂、无机固态电解质和第一粘结剂；所述第一导电剂包括：炭黑、导电石墨、气相生长碳纤维中的一种或多种；所述无机固态电解质包括：β
‑
Al2O3、Na
1+x
Zr2Si
x
P3‑
x
O
12
、Na3PS4、Na3PSe4、Na3SbS4、Na
10
SnP2S
12
、Na2S
‑
P2S5、Na2B
12
H
12
中的一种或多种，其中0≤x≤3；所述无机固态电解质的粒径Dv50在100nm
‑
1.5μm之间；所述第一粘结剂包括：羧甲基纤维素钠CMC、丁苯橡胶SBR、聚丙烯腈PAN、聚乙烯醇PVA、聚四氟乙烯PTFE、聚偏氟乙烯PVDF、聚酰亚胺PI中的一种或多种；所述第一导电剂的质量占所述正极集流体固态电解质涂层的总质量的百分比为5％
‑
20％；所述无机固态电解质占所述正极集流体固态电解质涂层的总质量的百分比为60％
‑
80％；所述第一粘结剂占所述正极集流体固态电解质涂层的总质量的百分比为5％
‑
30％；所述正极集流体固态电解质涂层用于制备钠电池的正极极片。2.一种正极极片，其特征在于，所述正极极片包括上述权利要求1所述的正极集流体固态电解质涂层；所述正极极片还包括正极集流体和正极活性材料涂层。3.根据权利要求2所述的正极极片，其特征在于，所述正极集流体固态电解质涂层涂覆于所述正极集流体的两侧表面；所述正极集流体为铝箔；所述正极集流体固态电解质涂层为单层，厚度为0.2μm
‑
10μm；所述正极活性材料涂层涂覆于所述正极集流体固态电解质涂层的表面；所述正极活性材料涂层的厚度为20μm
‑
110μm。4.根据权利要求2所述的正极极片，其特征在于，所述正极活性材料涂层包括：正极活性材料、第二导电剂和第二粘结剂；所述第二导电剂的质量占所述正极活性材料涂层的总质量的百分比为0％
‑
10％；所述正极活性材料占所述固正极活性材料涂层的总质量的百分比为90％
‑
99％；所述第二粘结剂占所述正极活性材料涂层的总质量的百分比为1％
‑
10％。5.根据权利要求4所述的正极极片，其特征在于，所述正极活性材料包括：NaCoO2、NaFePO4、NaMnO2、Na
x
TiS2、Na
x
NbS2C
12
、Na
x
WO3‑
y
、Na
x
V
0.5
Cr
0.5
S、Na
x
MoS3、Na
x
TaS2中的一种或者多种，其中，0＜x＜2，0＜y＜1；所述第二导电剂包括：炭黑、导电石墨、气相生长碳纤维中的一种或多种；所述第二粘结剂包括：羧甲基纤维素钠CMC、丁苯橡胶SBR、聚丙烯腈PAN、聚乙烯醇PVA、聚四氟乙烯PTFE、聚偏氟乙烯PV...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹文卓，闫昭，李婷，
申请(专利权)人：宜宾南木纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：