钠离子电池正极极片及其制备方法、钠离子电池技术

本发明专利技术提供了一种钠离子电池正极极片及其制备方法、钠离子电池。钠离子电池正极极片包括集流体及正极层，正极层包括第一电极层、第二电极层及第三电极层，其中，第一电极层的材料包含石墨烯，第二电极层的材料包含钠离子层状氧化物，第三电极层的材料包含含有钠离子的聚阴离子型盐类化合物。基于本申请上述钠离子电池正极极片可以使电池的电池容量和电池电压得到提升，同时还增加了电池的安全性能，降低了电池内阻，提升了电池整体性能。提升了电池整体性能。提升了电池整体性能。

【技术实现步骤摘要】
钠离子电池正极极片及其制备方法、钠离子电池


[0001]本专利技术涉及钠离子电池
，具体而言，涉及一种钠离子电池正极极片及其制备方法、钠离子电池。

技术介绍

[0002]目前，汽车续航里程是电动汽车非常关键的指标，也是消费者首先考虑的因素，如何提高电池包的电量，是大部分电池厂商研究的方向。因为电池包尺寸固定，因此提高电池包电量，就需要提高电芯的比容量，同时提高电芯的工作电压。钠离子电池在电动汽车系统中是非常关键的，电芯的安全性关系到汽车的安全，而现有技术中的常规钠离子电池通常存在或工作电压较低、或比容量较低、或安全性能较差等的问题。因此需要探索一种新的钠离子电池，使其具有较高的工作电压和比容量，同时具有很强安全性能。

技术实现思路

[0003]本专利技术的主要目的在于提供一种钠离子电池正极极片及其制备方法、钠离子电池，以解决现有技术中常规钠离子电池通常存在的或工作电压较低、或比容量较低、或安全性能较差等问题。
[0004]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种钠离子电池正极极片，包括集流体及正极层，集流体具有相对的第一表面和第二表面，且正极层包括：第一电极层，设置在集流体的第一表面和/或第二表面上；第二电极层，设置在至少一层的第一电极层远离集流体的外表面上；第三电极层，设置在至少一层的第二电极层远离集流体的外表面上；其中，第一电极层的材料包含石墨烯，第二电极层的材料包含钠离子层状氧化物，第三电极层的材料包含含有钠离子的聚阴离子型盐类化合物。
[0005]进一步地，正极层的厚度为200
±
10μm；优选地，各第一电极层的厚度为20
±
5μm；优选地，第一电极层、第二电极层和第三电极层的厚度之比为1∶2～6∶3～7。
[0006]进一步地，聚阴离子型盐类化合物的结构式中，聚阴离子型盐类化合物的结构式为Na
x
M
y
[X
a
O
b
]2，式中，M元素选自第ⅡA族、第ⅢA族、第ⅣB族、第
Ⅴ
B族、第
Ⅵ
B族、第
Ⅶ
B族或第
Ⅷ
族中的一种；X元素选自第ⅣA族、第
Ⅵ
A族、第
Ⅴ
A族、第ⅢA族或第
Ⅵ
B族中的一种；2.8＜x＜3.2，1.8＜y＜2.2，0.8＜a＜1.2，3＜b＜5；优选地，钠离子层状氧化物的结构式为Na
c
Z
d
O
e
，式中，Z元素选自第ⅣB族、第
Ⅴ
B族、第
Ⅵ
B族、第
Ⅶ
B族、第
Ⅷ
族、第ⅠB族中的一种或多种；0.2＜c＜0.4，0.2＜d＜0.4，0.2＜e＜0.4；优选地，M选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Co、Ca、Mg、Al或Nb中的一种，更优选为V、Cr、Mn或Fe中的一种；X选自Si、S、P、As、B、Mo、W或Ge中的一种，更优选为P、As、B或Ge中的一种；优选地，钠离子层状氧化物的结构式中，Z选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Co、Cu中的一种或多种，更优选为Mn、Fe、Ni、Co或Cu中的一种；更优选地，聚阴离子型盐类化合物为Na3V2(PO4)3；钠离子层状氧化物为Na[Ni
1/3
Fe
1/3
Mn
1/3
]O2；进一步优选地，第一电极层中石墨烯的重量含量为85～89wt％，第二电极层中Na3V2(PO4)3的重量含量为93.8～96.5wt％，第三电极层中Na[Ni
1/3
Fe
1/3
Mn
1/3
]O2的重量含量为96.7～97.6wt％。
[0007]进一步地，第一电极层、第二电极层和第三电极层的材料还各自独立地包含粘结剂；优选地，粘结剂选自聚偏二氟乙烯、聚六氟丙烯
‑
聚偏二氟乙烯的共聚物、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚乙烯吡咯烷酮、烷基化聚环氧乙烷、聚乙烯基醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯基吡啶、丁苯橡胶或丙烯腈
‑
丁二烯橡胶中的一种或多种；优选地，第一电极层中粘结剂的用量为石墨烯重量的1～10wt％；优选地，第二电极层中粘结剂的用量为钠离子层状氧化物重量的0.1～2wt％；优选地，第三电极层中粘结剂的用量为聚阴离子型盐类化合物重量的0.1～2wt％。
[0008]进一步地，第二电极层和第三电极层的材料还各自独立地包含导电碳材料；优选地，碳材料选自碳纳米管、石墨、乙炔黑、炭黑、纳米导电碳、气相生长碳纤维、炭黑、乙炔黑、导电石墨、石墨烯、科琴黑或碳纤维中的一种或多种；优选地，第二电极层中碳材料的用量为钠离子层状氧化物重量的0.1～1wt％；优选地，第三电极层中碳材料的用量为聚阴离子型盐类化合物重量的0.1～1wt％。
[0009]进一步地，第一电极层的材料包括89～92wt％的石墨烯和8～11wt％聚偏二氟乙烯；第二电极层包括94～98wt％的镍铁锰酸钠、1.8～2.1wt％的碳纳米管和1.8～2.1wt％的聚六氟丙烯
‑
聚偏二氟乙烯的共聚物；第三电极层包括96～98wt％的磷酸钒钠、0.4～0.6wt％的碳纳米管、0.9～1.1wt％的碳黑和1.4～1.6wt％的聚偏二氟乙烯。
[0010]根据本专利技术的另一方面，提供了一种前述的钠离子电池正极极片的制备方法，制备方法包括：提供集流体，其具有相对的第一表面和第二表面；在集流体的第一表面和/或第二表面上设置第一电极层；在至少一层的第一电极层远离集流体的外表面上第二电极层；在至少一层的第二电极层远离集流体的外表面上设置第三电极层。
[0011]进一步地，正极层通过以下步骤制得：步骤S1，使包含有石墨烯、粘结剂的第一电极浆料涂布在集流体的至少一个外表面上，第一烘干后形成第一电极层；步骤S2，使包含有钠离子层状氧化物、粘结剂及碳材料的第二电极浆料涂布在第一电极层远离集流体的外表面上，第二烘干后形成第二电极层；步骤S3，使包含有聚阴离子型盐类化合物、粘结剂及碳材料的第三电极浆料涂布在第二电极层远离集流体的外表面上，第三烘干后形成第三电极层；优选地，在步骤S3之后，制备方法还包括对步骤S3得到的物料进行辊压的步骤；优选地，第一电极浆料在25℃时的粘度控制在3000
±
1000cp；更优选第一电极浆料的固含量为20～45％；优选地，第二电极浆料的固含量为50～65％；优选地，第三电极浆料的固含量为45～60％；优选地，第一电极浆料、第二电极浆料及第三电极浆料中的溶剂各自独立地包括N
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N,N
‑
二甲基氨基丙胺、环氧乙烷或四氢呋喃中的一种或多种。
[0012]根据本专利技术的另一方面，提供了一种钠本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池正极极片，包括集流体(10)及正极层(20)，其特征在于，所述集流体(10)具有相对的第一表面和第二表面，且所述正极层(20)包括：第一电极层(21)，设置在所述集流体(10)的第一表面和/或第二表面上；第二电极层(22)，设置在至少一层的所述第一电极层(21)远离所述集流体(10)的外表面上；第三电极层(23)，设置在至少一层的所述第二电极层(22)远离所述集流体(10)的外表面上；其中，所述第一电极层(21)的材料包含石墨烯，所述第二电极层(22)的材料包含钠离子层状氧化物，所述第三电极层(23)的材料包含含有钠离子的聚阴离子型盐类化合物。2.根据权利要求1所述的钠离子电池正极极片，其特征在于，所述正极层(20)的厚度为200
±
10μm；优选地，各所述第一电极层(21)的厚度为20
±
5μm；优选地，所述第一电极层(21)、所述第二电极层(22)和所述第三电极层(23)的厚度之比为1∶2～6∶3～7。3.根据权利要求1或2所述的钠离子电池正极极片，其特征在于，所述聚阴离子型盐类化合物的结构式中，所述聚阴离子型盐类化合物的结构式为Na
x
M
y
[X
a
O
b
]2，式中，M元素选自第ⅡA族、第ⅢA族、第ⅣB族、第
Ⅴ
B族、第
Ⅵ
B族、第
Ⅶ
B族或第
Ⅷ
族中的一种；X元素选自第ⅣA族、第
Ⅵ
A族、第
Ⅴ
A族、第ⅢA族或第
Ⅵ
B族中的一种；2.8＜x＜3.2，1.8＜y＜2.2，0.8＜a＜1.2，3＜b＜5；优选地，所述钠离子层状氧化物的结构式为Na
c
Z
d
O
e
，式中，Z元素选自第ⅣB族、第
Ⅴ
B族、第
Ⅵ
B族、第
Ⅶ
B族、第
Ⅷ
族、第ⅠB族中的一种或多种；0.2＜c＜0.4，0.2＜d＜0.4，0.2＜e＜0.4；优选地，所述M选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Co、Ca、Mg、Al或Nb中的一种，更优选为V、Cr、Mn或Fe中的一种；所述X选自Si、S、P、As、B、Mo、W或Ge中的一种，更优选为P、As、B或Ge中的一种；优选地，所述钠离子层状氧化物的结构式中，所述Z选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Co、Cu中的一种或多种，更优选为Mn、Fe、Ni、Co或Cu中的一种；更优选地，所述聚阴离子型盐类化合物为Na3V2(PO4)3；所述钠离子层状氧化物为Na[Ni
1/3
Fe
1/3
Mn
1/3
]O2；进一步优选地，所述第一电极层(21)中石墨烯的重量含量为85～89wt％，所述第二电极层(22)中Na3V2(PO4)3的重量含量为93.8～96.5wt％，所述第三电极层(23)中Na[Ni
1/3
Fe
1/3
Mn
1/3
]O2的重量含量为96.7～97.6wt％。4.根据权利要求1至3中任一项所述的钠离子电池正极极片，其特征在于，所述第一电极层(21)、所述第二电极层(22)和所述第三电极层(23)的材料还各自独立地包含粘结剂；优选地，所述粘结剂选自聚偏二氟乙烯、聚六氟丙烯
‑
聚偏二氟乙烯的共聚物、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚乙烯吡咯烷酮、烷基化聚环氧乙烷、聚乙烯基醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯基吡啶、丁苯橡胶或丙烯腈
‑
丁二烯橡胶中的一种或多种；优选地，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱庆权，王义飞，申永宽，庄华杰，何博文，周奕，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：