[發(fā)明專利]一種高倍率性能的鈉離子電池的制備方法

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• 申請日: 2017-02-22
• 公開（公告）號: CN106992319A
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發(fā)明（設計）人: 李風浪
• 申請（專利權）人: 東莞市聯(lián)洲知識產權運營管理有限公司
• 主分類號: H01M10/0585
• 分類號: H01M10/0585;H01M4/1397;H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 連平

技術領域：

本發(fā)明涉及鈉離子電池領域，具體的涉及一種高倍率性能的鈉離子電池的制備方法。

背景技術：

近年來，我國經濟保持快速增長使得石油資源的消耗量急劇增加，而汽車工業(yè)油耗占石油消耗總量的一半左右。面對全球石油資源日漸枯竭的挑戰(zhàn)和當前改善空氣污染的迫切要求，亟需汽車工業(yè)降低對石油的依賴，減少污染物(PM2.5等)及二氧化碳的排放，發(fā)展節(jié)能與新能源汽車產業(yè)。其中，純電驅動為新能源汽車發(fā)展和汽車工業(yè)轉型的主要戰(zhàn)略取向，當前國家政策重點推進純電動汽車和混合動力汽車產業(yè)化。

鋰離子電池具有低自放電率、較高的工作電壓、相對較高能量密度、功率密度和較長的循環(huán)壽命等優(yōu)點，在其誕生之后的三十年里迅速占領了能源存儲應用領域，目前已廣泛應用于各類小型電子產品(如手表、手機、電腦、數碼相機等)以及電動工具和電動自行車等小型設備。日前，國家政策對新能源汽車大力支持，為鋰離子電池產業(yè)的發(fā)展提供了廣闊的空間，同時也對鋰離子電池的能量密度，功率密度以及安全性方面都提出了更高的要求。

鋰離子電池雖然是目前發(fā)展前景最明朗的高能電池體系，但隨著電動汽車、智能電網時代的到來，鋰資源短缺將成為制約其發(fā)展的重要因素。因此，亟需發(fā)展下一代綜合性能優(yōu)異的電池體系。鈉和鋰是同主族元素，具有相似的物化性質，且鈉資源豐富，成本低廉，在能源存儲領域有可能成為鋰離子電池的替代品之一。鈉離子電池與鋰離子電池相比具有三個明顯的優(yōu)勢：(1)鈉資源豐富和成本低廉；(2)鈉離子電池的電勢比鋰離子電勢高0.3～0.4V，這樣可以利用分解電勢更低的溶劑和電解質鹽，因此可供選擇的電解質更多；(3)鈉離子電池具有相對穩(wěn)定的電化學性能，安全性更好。當然鈉離子電池的缺點也很明顯，比如鈉元素的相對原子質量比鋰元素高，導致理論容量不足鋰的一半，同時鈉離子半徑比鋰離子半徑大70％，使得鈉離子在電池材料中更不易于嵌入和脫出。因此，如何提高鈉離子電池的容量和倍率性能成為鈉離子電池廣泛應用的關鍵。

中國專利(201610617682.X)公開了一種利用冷凍干燥法制備的碳包覆金屬離子摻雜磷酸釩鈉復合正極材料及其制備方法與應用。制備過程包括：1)將釩源、鈉源、磷酸鹽、檸檬酸和金屬離子源完全溶解在去離子水中，攪拌均勻后冷凍成冰；2)將冷凍好的冰塊放入冷凍干燥機中冷凍干燥，得到干燥產物；3)將干燥產物在空氣中熱處理，得到磷酸釩鈉前驅體粉末；4)將粉體研磨均勻后，在保護氣體氣氛下熱處理后冷卻，得到所述材料。該材料應用于鈉離子電池正極材料，材料的多孔結構提高了材料的電化學性能，離子摻雜有效提高材料的導電性和結構穩(wěn)定性。但是其充放電比容量和循環(huán)穩(wěn)定性仍然滿足不了鈉離子電池越來越高的要求。

發(fā)明內容：

本發(fā)明的目的是提供一種高倍率性能的鈉離子電池的制備方法，該方法操作簡單，成本低，制得的鈉離子電池安全性能優(yōu)異，循環(huán)穩(wěn)定性好，容量大，倍率性能優(yōu)異。

為實現上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

一種高倍率性能的鈉離子電池的制備方法，包括以下步驟：

(1)正極片的制備

1)將氯化亞鐵和亞鐵氰化鈉分別與去離子水混合均勻，制得溶液A和溶液B；

2)向溶液A中加入F127，超聲攪拌至溶液澄清，制得溶液C，將溶液B超聲攪拌至澄清，并加入溶液C，混合均勻后轉移至水熱釜，升溫至70-90℃，反應10-30h，冷卻至室溫，離心，沉淀用去離子水洗3-5次，真空干燥，得到藍色固體；

3)將260ml氧化石墨原液在500W的功率下超聲處理1-2h，然后分成20ml、40ml、80ml、120ml四份，并將四份氧化石墨原液加入去離子水分別配制成200ml的氧化石墨溶液，分別為溶液1、2、3、4；

4)分別稱取200mg藍色固體加入到溶液1、2、3、4中，常溫攪拌3-6h，然后裝入試管中，并在液氮中冷淬，最后放入凍干機中凍干48-96h，得到氧化石墨包覆普魯士藍納米球；

5)將上述制得的氧化石墨包覆普魯士藍納米球100mg加入到反應瓶中，敞開反應瓶并放入藍蓋瓶中，然后向藍蓋瓶中加入20ml水合肼溶液，并將藍蓋瓶密封，在50-70℃下反應10-20h，得到石墨/普魯士藍正極材料；

6)用NMP將石墨/普魯士藍正極材料調制成膏狀物涂抹在鎳網上，然后在真空烘箱中80℃干燥4h后，將用壓片機涂有樣品的鎳網壓成薄片后，再放入真空烘箱120℃干燥12h，得到正極片；

(2)負極片的制備