一种高循环性保持率的钠离子电芯及其制备方法技术

本发明专利技术涉及H01M10/00领域，具体为一种高循环性保持率的钠离子电芯及其制备方法，主要包括正极材料、负极材料、电解液，通过选择特定正极、负极活性材料，导电材料，黏结材料得到稳定性高、粘度适合并且流动性好的浆料，将正、负极浆料涂布与极片上，之后进行碾压、分切、卷绕得到钠离子裸电芯，将水系电解液注入钠离子裸电芯得到钠离子电芯。该钠离子电芯成本低，环保，生产工序简单，可靠性高，具有优异的倍率性能，延长钠离子电芯循环寿命，可在循环10000

【技术实现步骤摘要】
一种高循环性保持率的钠离子电芯及其制备方法


[0001]本专利技术涉及H01M10/00领域，具体为一种高循环性保持率的钠离子电芯及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池因其能量密度高、循环寿命长等特点，占据了二次电池的主要市场。目前，最先进的储能系统大多采用锂离子电池技术。但是，锂离子电池价格较高，锂资源短缺，钠离子电池作为一种新型化学电源，具有资源储量丰富、成本低等优点，在大规模储能领域具有广阔的应用前景。
[0003]中国专利CN102544514B公开了一种表面碳修饰锂离子电池正极材料及其制备方法，通过采用羟醛树脂修饰LiNi0.5Mn1.5O4，碳化后得到的正极材料具有优异的倍率性能，但是锂离子电池原料成本价格较高，循环保持率有待提升；中国专利CN112563484A公开了一种钠离子电池正极材料及其制备方法、钠离子电池，通过控制前驱体混合液在高温高压的条件下进行反应得到具有层状结构的类球形颗粒状钠离子电池正极材料，但是由于钠离子的一些本征性质的限制，其循环寿命和倍率性能等仍不能满足现今大规模储能技术的需求，而且现有钠离子电池多采用酯类有机电解液，由于其含有大量的有机易燃溶剂，当电池出现热失控后会发生爆燃，给电池带来了极大的安全隐患。
[0004]因此，提供一种成本低的高循环性保持率的钠离子电芯，以解决有机溶剂型不环保并存在安全隐患的问题，有效改善钠离子电池的循环寿命和倍率性能，满足手机、电脑等需要多次充放电产品的实际使用需求，具有重要的现实研究意义和应用价值。

技术实现思路
<br/>[0005]为了解决上述问题，本专利技术一方面提供了一种高循环性保持率的钠离子电芯，主要包括正极材料、负极材料、电解液。
[0006]作为一种优选的技术方案，所述正极材料包括正极极片，正极活性材料，导电材料A，黏结材料A，溶剂A；
[0007]作为一种优选的技术方案，所述正极极片选自铝箔、铜箔中的任意一种；所述正极极片的厚度为5
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8μm；优选的，所述正极极片为铜箔，所述正极极片的厚度为6μm，本申请通过采用厚度为6μm的铜箔作为正极极片，避免了在加工过程中的极片厚度的反弹，保证电池的性能。
[0008]在钠离子电芯的加工过程中，材料的选择影响加工效果和难易度进而影响最终钠离子电芯的性能。而钠离子电芯正极材料是决定钠离子电芯能量密度、功率密度、循环寿命和安全性能等指标的关键，作为一种优选的技术方案，按重量份计，所述正极材料包括正极活性材料25
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33份，导电材料A5
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8份，黏结材料A6
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10份，溶剂A30
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40份，提供稳定性高、粘度适合并且流动性好的正极浆料，有助于保证钠离子电芯的容量、循环寿命和安全性。
[0009]作为一种优选的技术方案，所述正极活性材料选自层状氧化物材料、聚阴离子型
正极材料以及普鲁士蓝正极材料中的至少一种；
[0010]作为一种优选的技术方案，所述正极活性材料选自MnO2，Na
x
MnO2，Na3V2(PO4)3，NaFePO4，Na2FeP2O7，Na2NiFe(CN)6中的至少一种；优选的，所述正极活性材料为Na3V2(PO4)3，具有良好的动力学和循环稳定性，有效提高钠离子电芯的比容量，使钠离子电芯具有优异的倍率性能，延长钠离子电芯循环寿命；这可能是由于体积较大的钠离子Na3V2(PO4)3晶体结构中稳定性高，有利于钠离子进行可逆的嵌入/脱出，同时嵌脱反应不会造成结构塌陷和无定型化。
[0011]所述Na3V2(PO4)3型号为NVP
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20μm，购买自深圳市科晶智达科技有限公司。
[0012]钠离子超导体Na3V2(PO4)3虽然具有很强的离子扩散速率，但是电子电导率不足，作为一种优选的技术方案，所述导电材料A选自单壁碳纳米管、复壁碳纳米管、多壁碳纳米管、羧基化多壁碳纳米管、富勒烯碳纳米管中的至少一种；优选的，所述导电材料A为单壁碳纳米管，弥补了钠离子超导体Na3V2(PO4)3的电导率不足，而且本申请在探究过程中发现，当所述单壁碳纳米管的管径为1
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5nm，长度为20
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50μm时，在显著提高正极材料的导电性的同时，有助于促进钠离子在脱嵌后重新嵌入的能力，提高了钠离子电芯的循环性保持率。
[0013]所述单壁碳纳米管的CAS号为308068
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56
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6，纯度为99.9，购买自浙江亚美纳米科技有限公司。
[0014]黏结材料的选择关系着浆料能否在极片上实现良好涂布，作为一种优选的技术方案，所述黏结材料A选自丁苯橡胶、聚乙烯醇、海藻酸钠中的至少一种；优选的，所述黏结材料A为聚乙烯醇、海藻酸钠的组合，当所述聚乙烯醇、海藻酸钠的质量比为(0.5
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1.2)：(2
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4)时，配合正极活性材料、导电材料A和溶剂A提供稳定性高、粘度适合并且流动性好的正极浆料，有助于保证钠离子电芯的容量、内阻、循环寿命和安全性，此外，生物基降解材料聚乙烯醇的引入改善了电芯的降解性能，使提供的钠离子电芯更加环保；本申请在探究过程中发现，尤其是当所述聚乙烯醇的粘度(25℃)为54.0
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66.0mPa.s，所述海藻酸钠的粘度(25℃)为200
±
20mpa.s时，正极浆料具有最合适的粘度和流动性，有助于极片涂布平整，避免极片表面涂层出现龟裂、脱落等现象，保证钠离子电芯的容量、内阻、循环寿命和安全性，满足手机、电脑等需要多次充放电产品的使用需求。
[0015]作为一种优选的技术方案，所述溶剂A为去离子水。
[0016]所述聚乙烯醇的CAS号为9002
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89
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5，型号为P139535，购买自上海阿拉丁生化科技股份有限公司；所述海藻酸钠的CAS号为9005
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38
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3，型号为S817372，购买自上海麦克林生化科技有限公司。
[0017]作为一种优选的技术方案，所述负极材料包括负极极片、负极活性材料、黏结材料B、溶剂B；
[0018]作为一种优选的技术方案，所述负极极片选自铝箔、铜箔中的任意一种；所述正极极片的厚度为5
‑
8μm；优选的，所述负极极片为铜箔，所述负极极片的厚度为6μm，本申请通过采用厚度为6μm的铜箔作为负极极片，避免了在加工过程中的极片厚度的反弹，保证电池的性能。
[0019]作为一种优选的技术方案，按重量份计，所述负极材料包括负极活性材料18
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25份，黏结材料B4
‑
6份，溶剂B20
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30份，提供稳定性高、粘度适合并且流动性好的负极浆料，有助于保证钠离子电芯的容量、循环寿命和安全性。
[0020]所述负极活性材料选自MoO3、活性炭、可膨胀石墨、NaTi2(PO4)3、钛酸锂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高循环性保持率的钠离子电芯，其特征在于，主要包括正极材料、负极材料、电解液；所述正极材料包括正极极片，正极活性材料，导电材料A，黏结材料A，溶剂A；所述负极材料包括负极极片、负极活性材料、黏结材料B、溶剂B。2.根据权利要求1所述的一种高循环性保持率的钠离子电芯，其特征在于，所述正极极片选自铝箔、铜箔中的任意一种；所述正极极片的厚度为5
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8μm。3.根据权利要求1所述的一种高循环性保持率的钠离子电芯，其特征在于，所述正极材料包括正极活性材料25
‑
33份，导电材料A5
‑
8份，黏结材料A6
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10份，溶剂A30
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40份。4.根据权利要求1所述的一种高循环性保持率的钠离子电芯，其特征在于，按重量份计，所述负极材料包括负极活性材料18
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25份，黏结材料B4
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6份，溶剂B20
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30份。5.根据权利要求1或3所述的一种高循环性保持率的钠离子电芯，其特征在于，所述正极活性材料选自层状氧化物材料、聚阴离子型正极材料以及普鲁士蓝正极材料中的至少一种。6.根据权利要求1或3所述的一种高循环性保持率的钠离子电芯，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐鸿翔，
申请(专利权)人：徐鸿翔，
类型：发明
国别省市：