一种水溶液钠离子电池制造技术

本发明专利技术属于钠离子电池技术领域，更具体地，涉及一种水溶液钠离子电池。以NaTi2(PO4)3聚阴离子类钛基材料为负极活性材料，以聚阴离子类Na2FePO4F为正极活性材料，利用NaTi2(PO4)3的三维骨架结构，实现钠离子在三维通道中的快速扩散，提高钠离子传导速率，进而提高电池能量密度；正负极活性材料中都含有钠离子，且很好地利用了聚阴离子类电极材料循环稳定性好、空气中稳定等优势，又应用于水溶液体系，不仅实现了成本低、循环稳定，还极大地增加了电池的安全性能。了电池的安全性能。了电池的安全性能。

【技术实现步骤摘要】
一种水溶液钠离子电池


[0001]本专利技术属于钠离子电池
，更具体地，涉及一种水溶液钠离子电池。

技术介绍

[0002]每次能源技术的革新都会推动人类文明的巨大进步，虽然近年来发展较快的风能、太阳能、水能等可再生能源转化为电能的技术已得到了快速发展，但由于转化过程受自然界条件所限制，使得新能源发电行业仍面临严重的资源浪费。因此，亟待发展高效便捷的大规模储能新技术，以实现绿色低碳和高效节约的可持续发展新能源。
[0003]目前，主要通过物理储能、化学储能和电化学储能等技术实现对电能的存储。由于电化学储能具有能量密度高、能量转化效率高和响应速率快等显著优势，在储能领域具有广泛的应用前景，而其中易模块化的二次电池更备受关注。目前，已经进入储能示范应用的二次电池主要有铅酸电池、高温钠电池、钒液流电池和锂离子电池。然而，这四类电池都有各自的局限性，如铅酸电池能量密度低，高温钠电池需在高温环境下运行，钒液流电池能量转化效率低，锂离子电池则受与锂资源的短缺，因此必须开发新的储能电池技术以支持其可持续发展。近年来，与锂离子电池工作原理相似、技术可融通的钠离子电池，因其资源丰富且成本低得到众多科研工作者的青睐。使其在储能电池、基站备用电源、低速四轮车、电动两轮车等领域得以广泛应用，与锂电形成互补格局。
[0004]报道居多的钠离子电池大多以碳基材料为负极，普鲁士蓝或层状氧化物为正极组装而成。诸如2019年Hu等人设计提出了以掺杂铜的铜基层状氧化物为正极材料，以无定型碳为负极材料的钠离子电池，开启了钠离子电池技术在国内的重大冲突，推动了全球低速电动车的快速发展。然而，碳基负极材料存在首圈库伦效率低、循环稳定性差等问题。同样，作为正极材料的层状氧化物和普鲁士蓝，虽具有较高的比容量，但循环性能差、易造成环境污染等问题较为突出。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种水溶液钠离子电池，以解决现有技术钠离子电池首圈库伦效率低、循环稳定性差、易造成环境污染等的技术问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种水溶液钠离子电池，包括正极、负极和电解液，其中，所述正极包括正极活性材料，所述正极活性材料为Na2FePO4F；所述负极包括负极活性材料，所述负极活性材料为NaTi2(PO4)3；所述电解液为含有钠盐的水溶液。
[0007]优选地，所述正极活性材料Na2FePO4F的制备方法包括如下步骤：
[0008](1)将氟化钠和FePO4·
2H2O粉末通过研磨混合均匀，即得包含铁源、磷源和钠源的混合盐；
[0009](2)将钠盐补充剂和碳源的混合水溶液与步骤(1)所述混合盐混合后进行水热反应，得到Na2FePO4F前驱体；
[0010](3)将步骤(2)所述Na2FePO4F前驱体进行烧结得到钠离子电池正极材料
Na2FePO4F。
[0011]进一步优选地，步骤(1)所述FePO4·
2H2O粉末的平均粒度为0.5～10μm，更进一步优选为2～6μm；所述FePO4·
2H2O粉末与氟化钠的摩尔比为1:1～2:1。
[0012]优选地，所述负极活性材料NaTi2(PO4)3的制备方法，包括如下步骤：
[0013]S1：将钛源加入到双氧水和氨水的缓冲溶液中，得到钛源溶液；
[0014]S2：将有机酸、(NH4)2HPO4、钠盐与步骤S1所述钛源溶液混合，即得钛源、磷源和钠源的混合溶液；
[0015]S3：将分散剂与步骤S2所得混合溶液混合，加热使其分散得到透明产物；
[0016]S4：将步骤S3所得透明产物发生水热反应，即得NaTi2(PO4)3前驱体；
[0017]S5：将步骤S4中得到的NaTi2(PO4)3前驱体在惰性气氛下在烧结得到钠离子负极材料NaTi2(PO4)3。
[0018]进一步优选地，步骤S1所述钛源为钛酸四丁酯、和/或钛酸异丁酯；所述钛源、有机酸、(NH4)2HPO4、钠盐的摩尔比为1:(1～10)：(1～15):(0.1～1)。
[0019]进一步优选地，所述钛源与步骤S3中所述分散剂的摩尔比为1:1～1:10，所述分散剂为乙二醇或聚乙二醇。
[0020]进一步优选地，步骤S2所述有机酸为柠檬酸、酒石酸或葡萄糖酸；步骤S2所述混合溶液的pH为4～8，更进一步优选为5～7。
[0021]优选地，所述正极还包括正极集流体、导电剂和粘结剂，所述正极活性材料、导电剂、粘结剂、分散剂混合后粘接于所述正极集流体上即形成所述正极；
[0022]所述负极还包括负极集流体、导电剂和粘结剂，所述负极活性材料、导电剂、粘结剂、分散剂混后粘接于所述负极集流体上即形成所述负极。
[0023]优选地，还包括隔膜，所述隔膜为无纺布、玻璃纤维、多孔PP/PE隔膜、多孔PTEE膜中的一种。
[0024]优选地，所述钠盐为双(氟磺酰)亚胺钠、双三氟甲烷磺酰亚胺钠、高氯酸钠、硫酸钠、硝酸钠、磷酸钠、碳酸钠、草酸钠中的一种或多种。
[0025]优选地，所述导电剂选自石墨、炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种；
[0026]和/或，所述粘接剂选自聚四氟乙烯、聚丙烯酸、海藻酸钠、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、丁苯胶乳中的一种或多种；
[0027]和/或，所述正极集流体和所述负极集流体各自独立地选自钛、铜、不锈钢、镍的箔片或网中的一种。
[0028]优选地，所述正极活性材料、导电剂和粘结剂的质量比为1：(0.1～0.8)：(0.03～0.15)；
[0029]所述负极活性材料、导电剂和粘结剂的质量比为1：(0.1～1.8)：(0.04～0.2)。
[0030]按照本专利技术的另一个方面，提供了一种电子装置，包括所述的水溶液钠离子电池。
[0031]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下
[0032]有益效果：
[0033](1)本专利技术提供的一种水溶液钠离子电池，以NaTi2(PO4)3聚阴离子类钛基材料为负极活性材料，以聚阴离子类Na2FePO4F为正极活性材料，利用NaTi2(PO4)3的三维骨架结构，实现钠离子在三维通道中的快速扩散，提高钠离子传导速率，进而提高电池能量密度；正负
极活性材料中都含有钠离子，且很好地利用了聚阴离子类电极材料循环稳定性好、空气中稳定等优势，又应用于水溶液体系，不仅实现了成本低、循环稳定，还极大地增加了电池的安全性能。
[0034](2)本专利技术提出的新型水溶液钠离子电池NaTi2(PO4)3/Na2FePO4F的首次可逆容量可达130mAh/g，且具有较好的安全性和循环稳定性。同时，本专利技术中制备的电极材料来源极为丰富，特别是负极材料NaTi2(PO4)3采用了改进的Pechini法，又极大地降低了磷源成本。本专利技术中优选实施例中采用Na2SO4溶液为电解液，使电池安全性能更好。因此，本专利技术中制备所得的新型钠离子电池具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水溶液钠离子电池，其特征在于，包括正极、负极和电解液，其中，所述正极包括正极活性材料，所述正极活性材料为Na2FePO4F；所述负极包括负极活性材料，所述负极活性材料为NaTi2(PO4)3；所述电解液为含有钠盐的水溶液。2.如权利要求1所述的水溶液钠离子电池，其特征在于，所述正极活性材料Na2FePO4F的制备方法包括如下步骤：(1)将氟化钠和FePO4·
2H2O粉末通过研磨混合均匀，即得包含铁源、磷源和钠源的混合盐；(2)将钠盐补充剂和碳源的混合水溶液与步骤(1)所述混合盐混合后进行水热反应，得到Na2FePO4F前驱体；(3)将步骤(2)所述Na2FePO4F前驱体进行烧结得到钠离子电池正极材料Na2FePO4F。3.如权利要求2所述的水溶液钠离子电池，其特征在于，步骤(1)所述FePO4·
2H2O粉末的平均粒度为0.5～10μm；所述FePO4·
2H2O粉末与氟化钠的摩尔比为1:1～2:1。4.如权利要求1所述的水溶液钠离子电池，其特征在于，所述负极活性材料NaTi2(PO4)3的制备方法，包括如下步骤：S1：将钛源加入到双氧水和氨水的缓冲溶液中，得到钛源溶液；S2：将有机酸、(NH4)2HPO4、钠盐与步骤S1所述钛源溶液混合，即得钛源、磷源和钠源的混合溶液；S3：将分散剂与步骤S2所得混合溶液混合，加热使其分散得到透明产物；S4：将步骤S3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾常春，薛永萍，张睿，陈德权，王泽平，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：