[發明專利]安全高性能水系鈉離子電池的制備方法

在審

• 申請號: 201711113092.4
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN107887657A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 陳東進
• 申請（專利權）人: 東莞市聯洲知識產權運營管理有限公司
• 主分類號: H01M10/36
• 分類號: H01M10/36;H01M10/38;H01M4/36;H01M4/58;H01M4/583
• 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：

本發明涉及鈉離子電池領域，具體的涉及安全高性能水系鈉離子電池的制備方法。

背景技術：

鈉離子電池作為一種新型的二次電池，近年來在新能源儲存與轉換領域引起了廣泛關注。相比于已經商業化使用的鋰離子電池，它具有以下特點:(1)相類似的充放電機制。充電過程中。正極材料發生氧化反應。失去電子。并脫出鈉離子；電子通過外電路到達負極，同時鈉離子也經過電解液遷移到負極；負極材料得到電子，并嵌入鈉離子，發生還原反應。放電過程與充電過程相反。(2)相似的嵌插化學性質。鈉與鋰屬于同主族元素，物理與化學性質相近。鋰離子和鈉離子可以在相似的材料結構中進行可逆的嵌入與脫出。(3)更低的資源成本。鈉資源在地殼中的儲量約1％，廣泛存在于海水中；而鋰資源儲量只有約10ppm，且分布不均，70％集中在南美國家。

此外，為了更好地滿足實用化要求，鈉離子電池還需要提升比能量、循環壽命、倍率性能等。電池的比能量主要由正負極材料的比容量和電位差決定。比容量與材料的分子量和電荷轉移數有關。高比能量要求電池具有比容量大、工作電位高的正極材料和比容量大、工作電位低的負極材料。而且長循環壽命要求電池具有結構穩定的電極材料和電化學穩定的電解液。

發明內容：

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供安全高性能水系鈉離子電池的制備方法，該方法制得的電池循環壽命長，安全性高，且制備方法簡單，制備成本低。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

安全高性能水系鈉離子電池的制備方法，包括以下步驟：

(1)將石墨和去離子水混合攪拌均勻，500W超聲處理，制得分散液；然后加入十二烷基苯磺酸鈉攪拌30min后，干燥研磨，制得預處理石墨；

(2)將上述制得的預處理石墨分散于無水乙醇中，然后加入依次滴加冰醋酸和鈦酸四丁酯，攪拌混合均勻后轉移至帶有冷凝管的三口燒瓶內，緩慢升溫至60-80℃，回流7-15h，回流結束后冷卻至室溫，將制得的反應產物過濾，干燥后置于剛玉坩堝內放置在馬弗爐內1000-1500℃下處理2-5h，處理結束后隨爐冷卻至室溫，研磨，制得負極活性材料；

(3)將上述制得的負極活性材料和聚四氟乙烯、DMF混合制得漿料，并將漿料涂覆于集流體上，干燥、輥壓，制得負極極片；

(4)稱取鈉源、二氧化鈦、鎳源，混合后加入磷酸、Na₄P₂O₇和去離子水，混合攪拌后研磨，制得凝膠；

(5)將凝膠轉移至水熱釜中，密封水熱釜，然后將水熱釜放置于電熱干燥箱內80-200℃下反應6-72h，反應結束后冷卻至室溫，將反應產物離心處理，離心得到的沉淀依次用去離子水和無水乙醇洗滌，干燥制得正極活性材料；

(6)將步驟(5)制得的正極活性材料、導電石墨、聚四氟乙烯和DMF混合攪拌制得正極漿料，并將其涂覆于集流體表面，干燥，輥壓，制得正極極片；

(7)以多孔玻璃纖維作為隔膜，以磷酸鈉水溶液為電解液，將上述制得的正極極片和負極極片組裝成水系鈉離子電池。

作為上述技術方案的優選，步驟(1)中，石墨、十二烷基苯磺酸鈉的質量比為(8-16)：1。

作為上述技術方案的優選，步驟(2)中，所述預處理石墨、冰醋酸、鈦酸四丁酯的用量比為1g：10mL：(1-3)mL。

作為上述技術方案的優選，步驟(2)中，所述處理的條件為：首先以5℃/min的升溫速率升溫至1000℃，保溫1h，然后以10℃/min的升溫速率升溫至1500℃，保溫3h。

作為上述技術方案的優選，步驟(4)中，所述鈉源為碳酸鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉中的一種。

作為上述技術方案的優選，所述鈉源為碳酸鈉。

作為上述技術方案的優選，步驟(4)中，所述鎳源為硝酸鎳、磷酸鎳中的一種。

作為上述技術方案的優選，所述鎳源為硝酸鎳。

作為上述技術方案的優選，步驟(4)中，所述鈉源、二氧化鈦、鎳源、Na₄P₂O₇、H₂O的摩爾比為m/2：(2-n)：n：(3-δ)：δ，m、n、δ符合m-2n+7δ＝1，其中，m＞0，1≤n≤1.5。

作為上述技術方案的優選，步驟(5)中，所述干燥的溫度為80-100℃，干燥的時間為10-24h。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：