[發明專利]一種鈉離子電池用柔性自支撐電極材料及其應用和制備方法

在審

• 申請號: 201711332068.X
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN108183205A
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 朱窈瑤;王睿
• 申請（專利權）人: 中航鋰電（江蘇）有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054;H01M10/058
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本發明涉及化學電池領域，尤其是一種嵌入型儲鈉機理的活性材料作為鈉離子電池用柔性自支撐電極材料及其應用和制備方法；所述的電極材料包括具有鈉離子嵌入能力的二維片層結構材料Ti₃C₂與rGO制備的柔性薄膜復合材料；本發明與其它鈉離子負極材料的區別在于，應用了一種新型環保無毒的二維片層結構材料Ti₃C₂作為電活性物質，通過與rGO結合制備柔性薄膜復合材料作柔性自支撐電極材料，無需集流體、粘結劑以及導電添加劑；因此，具有高的質量能量密度、長循環壽命、良好的倍率性能。同時，Ti₃C₂@rGO的柔性薄膜復合材料作柔性自支撐電極材料具有可彎折、環保、低成本的優勢；還將大大簡化電池組裝工藝，提高效率、降低成本，在可彎折電子產品儲能領域具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及化學電池領域，尤其是一種嵌入型儲鈉機理的活性材料作為鈉離子電池柔性自支撐電極材料及其應用和制備方法。

背景技術

儲能技術是平衡各類能量應用需求，提升社會整體能量使用效率的有效手段，在大規模及分布式可再生能源利用、城市電網削峰填谷、便攜式電子產品、外太空探索等應用領域都有廣泛的應用前景，同時也是智能電網建設的關鍵支撐技術之一。在各類儲能技術中，電化學儲能的載體是電池，在現有儲能電池體系中，鋰離子電池以其材料體系靈活、技術更新快成為最受關注的儲能電池體系，已在各類示范工程中廣泛應用。但是，當前鋰離子電池安全問題尚未根本解決，電池成本較高，而且隨著規?；瘍δ芗半妱悠嚰夹g的推廣應用，鋰離子電池在未來有可能遇到鋰資源短缺的瓶頸。作為與鋰元素同族的金屬元素，鈉與鋰的各項物理化學性質較為接近，在自然界蘊藏豐富(地殼儲量第四的元素)，儲量遠高于主要集中于南美的鋰資源，且易于提純，具有先天的成本優勢。同時，大多數現有的鈉離子電池材料體系工作電壓范圍與水穩定電壓窗口一致，可與水相電解液匹配使用，具有先天的安全性優勢。

20世紀末到21世紀初，世界主要經濟體紛紛出臺了電池技術發展規劃，在各類規劃中都將鈉離子電池列為中遠期目標，但實際上鈉離子電池的反應機理及材料晶體結構與鋰離子電池的相似，其材料體系匹配原則及關鍵技術攻關路線也可借鑒鋰離子電池現有的經驗，所以，其技術突破及產品成熟時間可能短于預期。目前，世界上一些電池技術較為先進的國家已將鈉離子電池技術列為一個重要的基礎性和前瞻性研究領域，并作為未來重點關注的儲能電化學技術發展方向。其中，美國和日本近期均設立專項支持鈉離子電池技術的前期探索性研究，我國在這方面起步較晚，必須加緊進行跟蹤和相關技術儲備。鈉離子電池近年來雖然獲得了國內外學者的青睞，作為一個新的儲能體系，鈉離子電池發展的關鍵在于新型高性能正負極材料及電解液的研究，基于鋰離子電池的研究基礎和商業化發展歷程，鈉離子電池負極材料研究相對滯后，嚴重制約了鈉離子電池的實際應用。目前研究較多的負極材料主要有：碳基材料、金屬氧化物、合金等。