【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钠离子电池材料，具体涉及一种水系对称钠离子电池及其制备方法。
技术介绍
1、随着清洁和可再生能源的发展，对于开发具有低成本、高能量密度和长循环寿命的电力存储装置的需求大大提高。尽管近年来研究人员锂离子电池的研发和应用上取得了巨大的成果，但锂资源稀少和分布不均，使得其在未来更大规模的应用上受到限制。同时，锂离子电池所采用的有机系电解质有毒、易燃并且生产成本高。相较锂离子电池，水系钠离子电池生产成本低、无毒害、高安全性以及金属钠自然丰度高，可作为锂离子电池的替代品和克服有机电解质的新一代储能装置。
2、近年来，已有一些材料被应用于水系钠离子电池电极材料，包括过渡金属氧化物、普鲁士蓝类似物和聚阴离子化合物。其中，聚阴离子化合物由于其结构稳定，离子传输通道大及丰富的钠离子活性位点，具有相对稳定的钠储存性能。但在充放电过程中，随着钠离子的嵌入和脱出，电极材料会发生体积膨胀，破坏电极材料与集流体的接触性，使得活性材料从极片上脱离，引起电池容量的快速衰减。水系非对称钠离子电池在实际生产过程中，因正负极材料不同，需要两条不同的产线，且正负极集流以及活性物质的负载质量都存在差异，造成生产成本较高。
技术实现思路
1、针对以上水系非对称钠离子电池的不足，本专利技术提供一种水系对称钠离子电池及制备方法，该水系对称钠离子电池结构稳定、寿命长、导电性能优异，在大规模量产中，正负极的制备可采用同一条产线，装配过程无需区分正负极，无需严苛环境，进而提高生产效率，大大降低生产成本。>
2、为实现以上目的，本专利技术提供的技术方案是：
3、一种水系对称钠离子电池，所述电池由对称电极、电解液和电池外壳组成，其中，所述对称电极由正极、负极通过热复合方法与隔膜一体化组成，且正极、负极采用同一种活性材料。
4、优选的，所述活性材料为碳、氮共包覆磷酸钛锰钠材料。
5、优选的，所述电解液为含硫酸盐稳定剂的钠盐水溶液。更优选的，所述稳定剂为硫酸锂、硫酸钾、硫酸镁、硫酸锌中的一种或多种。
6、优选的，所述隔膜为氧化铝陶瓷隔膜。
7、本专利技术还提供上述水系对称钠离子电池的制备方法，包括如下步骤：
8、一、制备碳、氮共包覆磷酸钛锰钠材料
9、a)钛源和磷酸二氢铵球磨混合，所得溶液进行喷雾干燥，得到磷酸钛前驱体；
10、b)所得磷酸钛前驱体在nh3气氛下煅烧，煅烧温度为650-800℃得到氮掺杂的磷酸钛材料；
11、c)将氮掺杂的磷酸钛材料与锰源、钠源、磷酸、碳源混合进行球磨，所得溶液进行喷雾干燥，得到碳、氮掺杂磷酸钛锰钠前驱体；
12、d)氮掺杂磷酸钛锰钠前驱体在惰性气体中进行煅烧，煅烧温度为600-1000℃，得到c/n-na3mnti(po4)3；
13、二、制备对称电极
14、a)配置胶液，将热塑性树脂、醚类、醇类溶剂在真空条件下，加热搅拌均匀，温度在150-300℃；
15、b)将碳、氮共包覆磷酸钛锰钠材料、导电材料加入到1)所述胶液中，球磨混合均匀，活性材料占固体总质量的65％-90％，固含量在75％-95％；
16、c)将浆料转移至硅胶模具中，冷却成型后，进行脱模，形成电极坯体温度在20-60℃；
17、d)通过热压机在温度100-300℃、压力5-10mpa的条件下，持续5-20min，将正极和负极电极坯体热压在氧化铝陶瓷隔膜两侧，冷却固化后，得到，得到隔膜一体化对称电极坯体，冷却温度在25-80℃；
18、e)将对称电极坯体至于惰性气体中，在1000-1200℃下进行高温炭化；
19、三、组装电池
20、将对称电极、电解液和电池外壳进行组装，得到水系对称钠离子电池。
21、优选的，所述锰源为mnso4、mnco3、mn(ac)2、mn(no3)2中的一种或两种；钠源为na2co3、nah2po4、nahco3、ch3coona中的一种或两种；碳源为柠檬酸、油酸、活性炭、导电石墨、乙炔、石墨烯、生物质炭中的一种或多种。
22、优选的，所述热塑性树脂为：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜中的一种或多种；醚类为乙醚、丙二醇乙醚、甲醚、丙醚中的一种或多种，在胶液中质量占比为0.8％-2％；醇类为甲醇，正丙醇，异丙醇，正戊醇，苯甲醇，丁醇、双丙酮醇中的一种或两种以上，在胶液中质量占比为3％-25％；
23、优选的，所述加热搅拌时间在4-8h。
24、优选的，所述导电材料为石墨、导电炭黑、乙炔黑、碳纤维、碳纳米管中的一种或多种。
25、本专利技术的有益效果为：
26、(1)本专利技术的水系对称钠离子电池的正负极采用同一种聚阴离子结构活性材料，该活性材料具有mn、ti两种过渡金属元素，充放电过程中，该材料作为正负极均可同时进行氧化还原反应，应用在水系对称电池中具有结构稳定、长寿命、导电性能优异等优点。
27、(2)本专利技术水系对称钠离子电池在大规模量产中，正负极的制备可采用同一条产线，装配过程无需区分正负极，无需严苛环境，进而提高生产效率，大大降低生产成本。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种水系对称钠离子电池，其特征在于，所述电池由对称电极、电解液和电池外壳组成；所述对称电极由正极、负极通过热复合方法与隔膜一体化组成，且正极、负极采用同一种活性材料。
2.根据权利要求1所述的一种水系对称钠离子电池，其特征在于，所述活性材料为碳、氮共包覆磷酸钛锰钠材料。
3.根据权利要求1所述的一种水系对称钠离子电池，其特征在于，所述电解液为含硫酸盐稳定剂的钠盐水溶液。
4.根据权利要求4所述的一种水系对称钠离子电池，其特征在于，所述稳定剂为硫酸锂、硫酸钾、硫酸镁、硫酸锌中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种水系对称钠离子电池，其特征在于，所述隔膜为氧化铝陶瓷隔膜。
6.一种如权利要求1-5中任一项所述的水系对称钠离子电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述锰源为MnSO4、MnCO3、Mn(AC)2、Mn(NO3)2中的一种或两种；钠源为Na2CO3、NaH2PO4、NaHCO3、CH3COONa中的一种或两种；碳源为柠檬酸、油酸、活性炭、导
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述热塑性树脂为：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜中的一种或多种；醚类为乙醚、丙二醇乙醚、甲醚、丙醚中的一种或多种，在胶液中质量占比为0.8％-2％；醇类为甲醇，正丙醇，异丙醇，正戊醇，苯甲醇，丁醇、双丙酮醇中的一种或两种以上，在胶液中质量占比为3％-25％。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述加热搅拌时间在4-8h。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述导电材料为石墨、导电炭黑、乙炔黑、碳纤维、碳纳米管中的一种或多种。
...【技术特征摘要】
1.一种水系对称钠离子电池，其特征在于，所述电池由对称电极、电解液和电池外壳组成；所述对称电极由正极、负极通过热复合方法与隔膜一体化组成，且正极、负极采用同一种活性材料。
2.根据权利要求1所述的一种水系对称钠离子电池，其特征在于，所述活性材料为碳、氮共包覆磷酸钛锰钠材料。
3.根据权利要求1所述的一种水系对称钠离子电池，其特征在于，所述电解液为含硫酸盐稳定剂的钠盐水溶液。
4.根据权利要求4所述的一种水系对称钠离子电池，其特征在于，所述稳定剂为硫酸锂、硫酸钾、硫酸镁、硫酸锌中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种水系对称钠离子电池，其特征在于，所述隔膜为氧化铝陶瓷隔膜。
6.一种如权利要求1-5中任一项所述的水系对称钠离子电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述锰源为m...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋立君，张永献，杨鹏，钱森森，徐深秋，
申请(专利权)人：超威电源集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。