疏水性钠离子电池正极材料，其制备方法以及钠离子电池技术

本发明专利技术公开了一种疏水性钠离子电池正极材料，包括钠离子电池正极材料以及形成于所述钠离子电池正极材料表面的疏水复合物层；其中，所述钠离子电池正极材料为层状金属氧化物，通式为Na

【技术实现步骤摘要】
疏水性钠离子电池正极材料，其制备方法以及钠离子电池


[0001]本专利技术涉及钠离子电池制备
，具体涉及一种疏水性钠离子电池正极材料，其制备方法以及钠离子电池。

技术介绍

[0002]上世纪70年代末，钠离子电池研究几乎同锂离子电池同步开展。由于当时钠离子电池面临的能量密度和循环性能限制，锂离子电池更受到人们的关注，但是近年来由于锂资源的稀缺、原材料的不断上涨、储能市场的爆发，开发其他廉价可替代锂离子电池的相关储能技术非常关键。
[0003]钠离子电池的原材料为碳酸钠，储备丰富，因此价格低廉且常年稳定。能量密度未来有希望比肩铁锂，同时具备优异的低温性能(
‑
40℃能够放电)和倍率性能。生产工艺与锂电相同，产业化推广难度较低，近两年钠离子电池又重新站上了新能源的风口。
[0004]目前，可用于钠离子电池的正极材料主要有层状金属氧化物(Na
x
MO2，M为Fe，Mn，Ni，Co等)、氟磷酸盐[Na3(VO
x
)2(PO4)2F3‑
2x
,0≤x≤1]和磷酸盐[NaFePO4和Na3V2(PO4)3]。其中，层状金属氧化物具有毒性小、成本低、合成工艺简单等特点，被认为是一类有前景的低成本钠离子电池正极材料。另外，层状金属氧化物的理论容量很高(约240mAh
·
g
‑1)，在高容量钠离子电池中具有诱人的应用前景。但是层状金属氧化物正极材料在充放电过程中，Na
+
的嵌入和脱出会引起结构相变，导致电极材料容量快速衰退，因此存在稳定性差的缺点，导致其推广速度一直不及预期。其次，层状金属氧化物极容易吸水，吸水后浆料会变成果冻状，缺乏流动性，无法完成极片的涂布。因此，在生产、存储和运输过程中需要进行特殊的处理，这对电芯制备环境和工艺也提出了更高的挑战。这些都将导致产品成本的持续增加，这与钠离子电池低成本的优势是相违背的。另外，层状金属氧化物正极材料在制备过程中水分控制不佳，也会电池的性能产生极为不利的影响。
[0005]因此，改善层状金属氧化物的稳定性，提高电化学性能已经成为钠离子电池技术和产业发展的重要需求。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在克服现有技术的缺陷，提供一种疏水性钠离子电池正极材料，该正极材料具有很好的抗水性，改善了层状氧化物材料匀浆之后的稳定性，并且提高了钠离子电池的电化学性能。
[0007]本专利技术提供一种疏水性钠离子电池正极材料，包括钠离子电池正极材料以及形成于所述钠离子电池正极材料表面的疏水复合物层；其中，所述钠离子电池正极材料为层状氧化物，通式为Na
x
MO
2+y
，其中M为过渡金属中的一种或多种，0.5≤x≤1.0，
‑
0.1≤y≤0.1，且各元素满足电荷平衡；所述疏水复合物是由疏水性粘结剂和碳材料构成的，所述疏水性粘结剂为含氟聚合物。
[0008]进一步地，所述钠离子电池正极材料与疏水复合物的质量比为(20～30):1。
[0009]进一步地，所述含氟聚合物包括聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯和含氟聚烯烃中的至少一种。
[0010]进一步地，所述碳材料包括碳纳米纤维、碳纳米管和石墨烯中的至少一种。
[0011]进一步地，所述疏水性粘结剂与碳材料的质量比为1.5～2:1。
[0012]本专利技术第二方面还提供了所述的疏水性钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0013]S1.将疏水性粘结剂溶于有机溶剂中，搅拌混匀；再加入碳材料，超声分散，形成均匀的混合物；
[0014]S2.通过喷枪将所述混合物均匀地喷涂在钠离子电池正极材料的表面；
[0015]S3.将表面喷涂有所述混合物的钠离子电池正极材料进行煅烧，得到疏水性钠离子电池正极材料。
[0016]进一步地，步骤S2中，所述喷涂的条件为：压力为0.5～0.8MPa，喷涂距离为15cm～20cm，喷涂速度为10cm/s。
[0017]进一步地，步骤S3中，所述煅烧的条件为：以5℃/min的速度升到250～350℃，保持60～120min。
[0018]本专利技术第三方面提供了一种钠离子电池正极片，包括正极集流体和位于正极集流体上的正极层；其中，所述正极层是将所述的疏水性钠离子电池正极材料、导电剂和粘结剂配制成浆料，涂敷于所述正极集流体上，再经干燥、压片后得到的。
[0019]本专利技术第四方面提供了一种钠离子电池，包括正极片、负极片、电解液和隔膜，所述隔膜被设置为隔离所述正极片与负极片，所述正极片是为所述的钠离子电池正极片。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0021]1、本专利技术通过采用疏水性粘结剂和碳材料对层状金属氧化物电极材料进行喷涂，使得电极材料表面形成疏水复合物层，其中疏水性粘结剂提高了电极材料的抗水性，改善了层状氧化物材料匀浆之后的稳定性，进一步提升了可逆容量；而碳材料的引入增加了钠电正极材料之间的接触，提高了浆料的导电性，降低了极片电阻。
[0022]2、本专利技术的疏水性钠离子电池正极材料，制备工艺简单，成本低；且疏水复合物层能减少钠电正极材料匀浆过程中导电剂和粘结剂的使用量。
附图说明
[0023]图1为实施例1
‑
2和对比例1
‑
2中电极材料匀浆搁置之后的示意图；
[0024]图2为实施例1
‑
2和对比例1
‑
2中扣式电池的充放电曲线。
具体实施方式
[0025]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0026]如
技术介绍
所述，层状金属氧化物是一类有前景的低成本钠离子电池正极材料，但是其存在抗水性差、稳定性差的缺点，这限制了其作为钠离子电池正极材料的应用。
[0027]针对这一技术问题，本专利技术提供了一种疏水性钠离子电池正极材料，包括钠离子电池正极材料以及形成于所述钠离子电池正极材料表面的疏水复合物层；其中，所述疏水复合物是由疏水性粘结剂和碳材料构成的，所述疏水性粘结剂为含氟聚合物。
[0028]本专利技术中，所述钠离子电池正极材料为层状金属氧化物，其通式为Na
x
MO
2+y
，其中M为过渡金属中的一种或多种，0.5≤x≤1.0，
‑
0.1≤y≤0.1，且各元素满足电荷平衡。优选地，M为Fe，Mn，Ni，Co等过渡金属中的一种或多种。作为示意性的实施例，所述层状金属氧化物可为Na
0.8
Ni
0.33
Fe
0.33
Mn
0.33
O2、NaNi
0.25<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种疏水性钠离子电池正极材料，其特征在于，包括钠离子电池正极材料以及形成于所述钠离子电池正极材料表面的疏水复合物层；其中，所述钠离子电池正极材料为层状金属氧化物，通式为Na
x
MO
2+y
，其中M为过渡金属中的一种或多种，0.5≤x≤1.0，
‑
0.1≤y≤0.1，且各元素满足电荷平衡；所述疏水复合物是由疏水性粘结剂和碳材料组成的，所述疏水性粘结剂为含氟聚合物。2.根据权利要求1所述的一种疏水性钠离子电池正极材料，其特征在于，所述钠离子电池正极材料与疏水复合物的质量比为(20～30):1。3.根据权利要求1所述的一种疏水性钠离子电池正极材料，其特征在于，所述含氟聚合物包括聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯和含氟聚烯烃中的至少一种。4.根据权利要求1所述的一种疏水性钠离子电池正极材料，其特征在于，所述碳材料包括碳纳米纤维、碳纳米管和石墨烯中的至少一种。5.根据权利要求1所述的一种疏水性钠离子电池正极材料，其特征在于，所述疏水性粘结剂与碳材料的质量比为1.5～2:1。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的一种疏水性钠离子电池正极材料的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：谈亚军，李芳芳，赵成龙，陈梦婷，
申请(专利权)人：星恒电源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：