一种钠离子电池及其制作工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种钠离子电池及其制作工艺。采用硬碳/MXene复合材料、层状氧化物作为活性材料制作钠离子电池。其中硬碳/MXene复合材料制作方法如下：将蔗糖溶液置于反应釜中高温反应，冷却后过滤得到前驱体材料；将前驱体材料溶于水中，并与MXene溶液混合，超声处理后，得到前驱体/MXene悬浮液；将悬浮液采用冷冻干燥后，得到前驱体/MXene材料；将前驱体/MXene材料置于管式炉中进行高温碳化，冷却后获得硬碳/MXene复合材料。本发明专利技术中，负极中添加了具有特殊片层结构的MXene材料，能够为锂离子传输提供丰富的通道；MXene材料具有良好的导电性，添加MXene能够有效的提高硬碳负极的导电性，并且MXene表面的官能团能够改善负极界面性能，进而提高钠离子电池的电性能。进而提高钠离子电池的电性能。

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池及其制作工艺


[0001]本专利技术涉及钠离子电池领域，具体公开了一种钠离子电池及其制作工艺。

技术介绍

[0002]钠离子电池与锂离子电池具有相似的工作原理，并且由于原材料成本低、储量丰富，近年来成为了研究热点，另外钠离子电池负极可采用价格更低的铝箔，放电电压可以达到0V，且具有良好的低温性能，有望应用于智能电网和低速车等领域。
[0003]然而，锂离子电池负极材料石墨无法在钠电体系中使用，因此硬碳成为了钠电负极活性材料的首选，但是由于硬碳的导电性低于石墨，因此现有的钠离子电池的化学性能较差。MXene材料，由于具有良好的层状结构，能够有效的改善电极在充放电过程中由于体积变化导致的失效，同时其表面的官能团，能够改善界面性能。因此，需要一种能对硬碳负极进行改性，具有良好电化学性能的钠离子电池。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种钠离子电池及其制作工艺。
[0005]实现本专利技术目的的技术方案是提供一种钠离子电池及其制作工艺，采用硬碳/MXene复合材料作为负极活性材料，采用层状氧化物作为正极活性材料，将正、负极活性材料分别制作为正、负极片，组装后制得钠离子电池。
[0006]作为进一步改进方案，所述硬碳/MXene负极制作方法具体为：(1)将蔗糖溶液置于反应釜中，在200℃下反应6～8h后，冷却后过滤得到前驱体材料；(2)采用去离子水将前驱体材料清洗后，将前驱体材料溶于水中，并与MXene溶液混合，采用超声处理2～3h后，得到前驱体/MXene悬浮液；(3)将悬浮液采用
‑
40～
‑
60℃冷冻干燥2～4h后，得到前驱体/MXene材料；(4)将前驱体/MXene材料置于管式炉中，在1000～1200℃下进行高温碳化4～8h后，冷却后获得硬碳/MXene复合材料；(5)将硬碳/MXene复合材料加入到溶有导电剂的水溶液中，采用磁力搅拌均匀后，将制得的负极浆料依次通过抽滤、真空干燥后，制得硬碳/MXene负极。
[0007]作为进一步改进方案，所述的硬碳/MXene负极，硬碳与MXene的质量比为(70～90)：(10～30)。
[0008]作为进一步改进方案，所述的硬碳/MXene负极，仅采用活性材料和导电剂，未采用集流体、粘结剂，硬碳/MXene活性材料与导电剂按照质量比为(80～95)：(5～20)。
[0009]作为进一步改进方案，所述正极制作方法具体为：将层状氧化物、导电剂、溶剂采用磁力搅拌均匀后，将制得的正极浆料依次通过抽滤、真空干燥后，制得正极。
[0010]作为进一步改进方案，所述层状氧化物材料为Na
x
TMO2，其中T、M均选自镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、铁(Fe)、钒(V)、钛(Ti)、铬(Cr)、铜(Cu)、锌(Zn)、锡(Sn)中的两种或多种；溶剂为N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)。
[0011]作为进一步改进方案，所述正极仅采用活性材料和导电剂，未采用集流体、粘结
剂，层状氧化物活性材料与导电剂按照质量比为(80～95)：(5～20)。
[0012]作为进一步改进方案，所述导电剂为导电炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种。
[0013]作为进一步改进方案，将正极片、隔膜依次放入电池壳中，滴入电解液后，将负极置于隔膜上方，依次放入垫片、弹片、电池壳后，制得钠离子电池。
[0014]作为进一步改进方案，所述电解液由钠盐和溶剂组成，钠盐为六氟磷酸钠、高氯酸钠中的一种，溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、氟代碳酸乙烯酯中的一种或多种。
[0015]采用上述技术方案后，本专利技术具有以下积极的效果：
[0016](1)本专利技术在硬碳制作初期，将MXene材料与前驱体材料掺杂，然后共同进行碳化，制得硬碳/MXene复合材料，能够有效的将两种材料进行复合，使得硬碳均匀的填充在MXene的结构中；相对于单纯的将硬碳与MXene机械混合，本方法中能够更加充分的复合。
[0017](2)本专利技术MXene材料具有良好的层状结构，能够有效的改善电极在充放电过程中由于体积变化导致的失效，其表面的官能团，能够改善界面性能，同时MXene材料具有高比容量，能够提升硬碳负极比容量。
[0018](3)本专利技术正、负极均未采用粘结剂与集流体，由于导电剂具有的网络结构，能够与活性材料产生良好的连结效果，因此可使用活性材料与导电剂形成自支撑电极。同时不采用粘结剂和集流体，能够显著的提升电池的容量和能量密度，并且有效的降低电池电阻。
具体实施方式
[0019]实施例1
[0020]1、硬碳/MXene负极制作方法：
[0021](1)将蔗糖溶液置于反应釜中，在200℃下反应6h后，冷却后过滤得到前驱体材料；
[0022](2)采用去离子水将前驱体材料清洗后，将前驱体材料溶于水中，并与MXene溶液混合，采用超声处理2h后，得到前驱体/MXene悬浮液；
[0023](3)将悬浮液采用
‑
40℃冷冻干燥4h后，得到前驱体/MXene材料；
[0024](4)将前驱体/MXene材料置于管式炉中，在1000℃下进行高温碳化8h后，冷却后获得硬碳/MXene(70:30)复合材料；
[0025](5)将硬碳/MXene(70:30)复合材料加入到溶有导电剂导电炭黑的水溶液中，采用磁力搅拌均匀后，将制得的负极浆料依次通过抽滤、真空干燥后，制得硬碳/MXene(70:30)负极。
[0026]2、正极制作方法：
[0027]将80％层状氧化物NaNi
0.72
Fe
0.19
Mn
0.09
O2、20％导电剂导电炭黑、溶剂NMP采用磁力搅拌均匀后，将制得的正极浆料依次通过抽滤、真空干燥后，制得正极。
[0028]3、将正极片、隔膜依次放入电池壳中，滴入(1MNaPF6，EC:DEC＝1:1)电解液后，将负极置于隔膜上方，依次放入垫片、弹片、电池壳后，制得钠离子电池。
[0029]钠离子电池进行常温0.5C循环100次，容量保持率为98.6％。
[0030]4、制作半电池进行可逆容量检测，将硬碳/MXene(70:30)极片、隔膜依次放入电池壳中，滴入(1MNaPF6，EC:DEC＝1:1)电解液后，将钠片置于隔膜上方，依次放入垫片、弹片、
电池壳后，制得钠离子半电池。
[0031]钠离子半电池进行容量检测，可逆容量为339.4mAh/g。
[0032]实施例2
[0033]1、硬碳/MXene负极制作方法：
[0034](1)将蔗糖溶液置于反应釜中，在200℃下反应7h后，冷却后过滤得到前驱体材料；
[0035](2)采用去离子水将前驱体材料清洗后，将前驱体材料溶于水中，并与MXene溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池及其制作工艺，其特征在于：采用硬碳/MXene复合材料作为负极活性材料，采用层状氧化物作为正极活性材料，将正、负极活性材料分别制作为正、负极片，组装后制得钠离子电池。2.根据权利要求1所述的钠离子电池及其制作工艺，其特征在于：硬碳/MXene负极制作方法具体为：(1)将蔗糖溶液置于反应釜中，在200℃下反应6～8h后，冷却后过滤得到前驱体材料；(2)采用去离子水将前驱体材料清洗后，将前驱体材料溶于水中，并与MXene溶液混合，采用超声处理2～3h后，得到前驱体/MXene悬浮液；(3)将悬浮液采用
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40～
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60℃冷冻干燥2～4h后，得到前驱体/MXene材料；(4)将前驱体/MXene材料置于管式炉中，在1000～1200℃下进行高温碳化4～8h后，冷却后获得硬碳/MXene复合材料；(5)将硬碳/MXene复合材料加入到溶有导电剂的水溶液中，采用磁力搅拌均匀后，将制得的负极浆料依次通过抽滤、真空干燥后，制得硬碳/MXene负极。3.根据权利要求2中所述的钠离子电池及其制作工艺，其特征在于：所述的硬碳/MXene负极，硬碳与MXene的质量比为(70～90)：(10～30)。4.根据权利要求2中所述的钠离子电池及其制作工艺，其特征在于：所述的硬碳/MXene负极，仅采用活性材料和导电剂，未采用集流体、粘结剂，硬碳/MXene活性材料与导电剂按照质量比为(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李恩雨，蔡先玉，钟义华，楼志强，张萌，刘兴爽，
申请(专利权)人：江苏双登富朗特新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：