一種碳復合正極的制備方法技術

本發明專利技術提供一種碳復合正極的制備方法，向含鈉嵌入化合物基材中加入質量比1%-40%的碳質材料。本發明專利技術通過在含鈉的嵌入化合物中加入導電性較好的碳質材料，制備出碳復合正極，具有較高的電池比功率，優良的電池循環性能。

【技術實現步驟摘要】
一種碳復合正極的制備方法
本專利技術涉及一種碳復合正極的制備方法，尤其涉及一種鈉電池領域的碳復合正極的制備方法。
技術介紹
隨著社會的不斷發展，人類對能源的依賴程度逐漸加大。但是，傳統的能源多為不可再生能源，隨著開采使用量的增大，正在面臨著枯竭的危險。近些年，一些可以再生的清潔能源，如核能、水能、風能、太陽能等逐漸成為各國研究的熱點。對于風能、太陽能之類的能源，常常具有分散、能量供應波動較大等特點，需要一個較為可靠的儲能系統搭配，才能得到較為平穩的輸出。目前，儲能系統有抽水蓄能、飛輪儲能、壓縮空氣儲能、超導儲能、二次電池和超級電容器儲能等多種形式。其中，二次電池和超級電容器儲能在日常生活中得到了廣泛的應用。二次電池比能量高、工作電壓高；超級電容器倍率和循環性能好。同時二次電池和超級電容器也存在較為明顯的不足，對于儲能系統要求的低成本、長壽命、環境友好、安全等條件無法完全滿足。美國專利申請US20090253025A1提出了一種以鈉離子為主的水性可充電式電池，其工作原理與鋰離子電池的相似，通過充放電過程中鈉離子的“搖椅”式的往復運動來實現電能與化學能之間的轉換。復旦大學吳宇平課題組也提出了這種非對稱性水系鈉離子電池(中國專利申請CN101241802A、CN101087018A)，主要采用含鈉的嵌入化合物、活性炭等為正負極材料，得到一種新的可充電電池。目前，鈉離子電池的研究剛剛處于起步階段。在倍率性能方面比較差，因而亟需一種可以提高電池的比功率，改善循環性能的鈉離子電池正極材料制備方法。
技術實現思路
本專利技術目的在于一種鈉離子電池碳復合正極的制備方法，本專利技術通過在含鈉的嵌入化合物中加入導電性較好的碳質材料，制備出碳復合正極，具有較高的電池比功率，優良的電池循環性能。本專利技術的目的通過下述技術方案實現：一種碳復合正極的制備方法，包括以下步驟：1)將含鈉嵌入化合物基材研磨過篩；2)向步驟1)所述的研磨過篩后的基材中加入質量比1％-40％的碳質材料和溶劑后，進行再次研磨，形成漿料；3)將質量比5％-20％的粘結劑溶于溶劑中，加入質量比為1％-20％的導電劑和步驟2)所述的漿料，采用剪切方式高速分散，形成活性溶液；4)加熱蒸發步驟3)所述的活性溶液，制得活性材料；5)將步驟4)所述的活性材料經過包括揉捏、輥壓的過程制成軟膜片；6)將步驟5)所述的膜片裁切后，壓在適宜尺寸集流體上，制備出正極片。步驟1)中所述的含鈉嵌入化合物基材為過渡金屬氧化物、硫化物、磷化物、硫酸鹽、磷酸鹽或者摻雜金屬或鹵族元素的鈉鹽基材。步驟1)中所述的含鈉嵌入化合物基材可以包括NaMn2O4、NaMnO2、NaCoO2、NaNiO2、NaFePO4、NaFePO4F、NaV2O5或NaVPO4F的一種或幾種；還可以包括在前述基材中摻雜了K、Mg、Al、Cu、Mn、Ti、Zn或F中的一種或幾種元素的基材。步驟2)中所述的碳質材料可以包括活性炭、介孔碳、碳納米管、碳納米線、石墨烯、玻態碳、碳纖維或炭氣凝膠中一種或幾種。步驟3)中所述的溶劑可以是乙醇、丙醇、正丙醇、異丙醇或丁醇中的一種或幾種。步驟3)中所述的混合步驟可以采用剪切方式高速分散、機械攪拌、磁力攪拌或球磨的方式。步驟4)中所述的溶劑可以是乙醇、丙醇、正丙醇、異丙醇或丁醇中的一種或幾種。所述的碳復合正極的制備方法制備的碳復合正極，所述碳質材料的質量比為1％-40％。本專利技術提出一種鈉離子電池正極材料及正極的改性方法，制備出鈉離子電池碳復合正極，使用本專利技術的方法制備的正極可以用于水性鈉離子電池。同現有技術相比，其具有較高的放電比容量和放電比能量，可以大大提高電池的倍率和循環性能。此外，還可以改善正極的加工性能，提高電極片的親水性，有利于電解液充分的浸潤。具體實施方式下面通過實施例，對本專利技術的技術方案作進一步詳細的說明，但不限于實施例的內容。實施例1采用質量比75％的研磨過篩的NaMnO2基材、質量比25％的活性炭以及乙醇混合均勻，再次研磨形成漿料；按照漿料：導電劑：粘結劑＝80:10:10，即漿料80％，導電劑10％，粘結劑10％的質量比例與溶劑調成活性溶液，采用高速剪切方式充分混合；45℃下蒸發活性溶液制得活性材料，再經揉捏、碾壓等步驟制成厚度為200μm的軟膜片。裁剪成φ12mm的圓片，壓在適宜尺寸的泡沫鎳集流體上，烘干、稱重，制成正極片。電池負極制備過程與正極相同，負極活性物質：導電劑：粘結劑＝80:10:10。按照正負極質量比1.2:1配對，在0.5mol/L的Na2SO4水溶液中真空浸漬4h，采用商用鎳氫電池無紡布為隔膜組裝成扣式電池。靜置過夜后進行電池倍率性能測試。采用恒流充放電，電壓范圍0.2V-1.85V。電池以0.3C的倍率充放電，比能量為27Wh/kg；以1C的倍率充放電，比能量為20.1Wh/kg，循環500次比能量基本無衰減。實施例2采用質量比99％的研磨過篩的NaMnO2基材、質量比1％的碳納米管以及丙醇混合均勻，再次研磨形成漿料；按照漿料：導電劑：粘結劑＝75:5:20，即漿料75％，導電劑5％，粘結劑20％的質量比例與溶劑調成活性溶液，采用機械攪拌混合；45℃下蒸發活性溶液制得活性材料，再經揉捏、碾壓等步驟制成厚度為210μm的軟膜片。裁剪成φ15mm的圓片，壓在適宜尺寸的泡沫鎳集流體上，烘干、稱重，制成正極片。電池負極制備過程與正極相同，負極活性物質：導電劑：粘結劑＝80:10:10。按照正負極質量比1.2:1配對，在0.5mol/L的Na2SO4水溶液中真空浸漬4h，采用商用鎳氫電池無紡布為隔膜組裝成扣式電池。靜置過夜后進行電池倍率性能測試。采用恒流充放電，電壓范圍0.2V-1.85V。電池以0.3C的倍率充放電，比能量為28.9Wh/kg；電池以1C的倍率充放電，比能量為22.2Wh/kg循環500次比能量基本無衰減。實施例3采用質量比60％的研磨過篩的NaMnO2基材、質量比40％的介孔碳以及異丙醇混合均勻，再次研磨形成漿料；按照漿料：導電劑：粘結劑＝79:20:1，即漿料79％，導電劑20％，粘結劑1％的質量比例與溶劑調成活性溶液，采用球磨方式充分混合；45℃下蒸發活性溶液制得活性材料，再經揉捏、碾壓等步驟制成厚度為250μm的軟膜片。裁剪成φ10mm的圓片，壓在適宜尺寸的泡沫鎳集流體上，烘干、稱重，制成正極片。電池負極制備過程與正極相同，負極活性物質：導電劑：粘結劑＝80:10:10。按照正負極質量比1.2:1配對，在0.5mol/L的Na2SO4水溶液中真空浸漬4h，采用商用鎳氫電池無紡布為隔膜組裝成扣式電池。靜置過夜后進行電池倍率性能測試。采用恒流充放電，電壓范圍0.2V-1.85V。電池以0.3C的倍率充放電，比能量為27.6Wh/kg；電池以1C的倍率充放電，比能量為20.4Wh/kg；循環500次比能量基本無衰減。對比例1對比例1內容與實施例1不同的是：采用質量比100％的研磨過篩的NaMnO2基材與乙醇混合均勻。電池以0.3C的倍率充放電，比能量為23.77Wh/kg；以1C的倍率充放電，比能量為18.1Wh/kg，循環500次比能量保持率98％。從對比例1與實施例1-3的比較可知，在負極相同的情況下，實施例1-3中以碳復合正極制備的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種碳復合正極的制備方法，其特征在于包括以下步驟：1）將含鈉嵌入化合物基材研磨過篩；2）向步驟1）所述的研磨過篩后的基材中加入質量比1%?40%的碳質材料和溶劑后，進行再次研磨，形成漿料；3）將質量比5%?20%的粘結劑溶于溶劑中，加入質量比為1%?20%的導電劑和步驟2）所述的漿料混合，形成活性溶液；4）加熱蒸發步驟3）所述的活性溶液，制得活性材料；5）將步驟4）所述的活性材料經過包括揉捏、輥壓的過程制成軟膜片；6）將步驟5）所述的膜片裁切后，壓在適宜尺寸集流體上，制備出正極片。

【技術特征摘要】
1.一種碳復合正極的制備方法，其特征在于包括以下步驟：1)將含鈉嵌入化合物基材研磨過篩，所述的含鈉嵌入化合物基材為過渡金屬氧化物的鈉鹽基材或NaFePO4基材；2)向步驟1)所述的研磨過篩后的基材中加入質量比1％-40％的碳質材料和溶劑后，進行再次研磨，形成漿料，其中質量比是指碳質材料的質量與步驟1)所述的研磨過篩后的基材和碳質材料的總質量的比值；3)將質量比5％-20％的粘結劑溶于溶劑中，加入質量比為1％-20％的導電劑和步驟2)所述的漿料混合，形成活性溶液，其中質量比是指粘結劑或導電劑的質量與粘結劑、導電劑及步驟2)所述的漿料的總質量的比值；4)加熱蒸發步驟3)所述的活性溶液，制得活性材料；5)將步驟4)所述的活性材料經過包括揉捏、輥壓的過程制成軟膜片；6)將步驟5)所述的膜片裁切后，壓在適宜尺寸集流體上，制備出正極片。2.根據權利要求1所述的碳復合正極的制備方法，其特征在于步驟1)中所述的含鈉嵌入化合物基材為摻雜了金屬或鹵族元素的過渡金屬氧化物的鈉鹽基材，或者為摻雜了金屬或鹵族元素的NaFePO4基材。3.根據權利要求1所述的碳復合正極的制備方法，其特征在于步驟1)中所述的過渡...

【專利技術屬性】
技術研發人員：侯珊珊，李長青，
申請(專利權)人：北京漢能創昱科技有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11