[發明專利]一種滿足高倍率放電循環性能的鈉離子電池Na2/3

有效

• 申請號: 202010793422.4
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN111933942B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 孫嬿;李春生;付俊龍;王莉娜;金奕;吳海濤
• 申請（專利權）人: 蘇州科技大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/505;H01M4/525;H01M10/054
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種鈉離子電池的制備方法，具體步驟如下：

第一、在常溫環境中，按照Na_2/3Mn_1/2Fe_1/4Co_1/4O₂的化學計量比Na∶Mn∶Fe∶Co＝2/3∶1/2∶1/4∶1/4，準確稱取分析純碳酸鈉、三氧化二錳、三氧化二鐵及碳酸鈷高純粉末，總物料質量為20.0000g，將上述四種反應原料粉末轉移至容積為200ml的行星式球磨罐中；研磨球為直徑和的304材質不銹鋼球，與的重量比為2∶1；研磨球與物料總重量比為10∶1；并加入10～100mL分析純乙醇，蓋緊球磨罐后放入球磨機內，球磨循環工作程序為先正轉10min、其反轉10min、再暫停10min，以100～2000rpm轉速持續球磨30～300min；

第二、將行星式球磨機的物料轉移至恒溫鼓風干燥箱中，設定干燥溫度60～80℃干燥24小時；將此第二步干燥后的粉末混合物，用壓片機壓實成圓片，壓片后厚度為10mm、模具壓片壓力為10～20MPa，壓片模具的直徑為10～50mm；壓實后的粉體材料置于長度150mm、內徑20mm的高純剛玉舟中，送入高溫微波燒結爐的恒溫區中心，然后以5～8℃/min升溫速率在500～1100℃條件下Ar氣體氣氛中連續進行微波燒結保溫1～12小時，待微波輻射加熱反應結束后將設備冷卻至室溫，即可得到鈉離子電池Na_2/3Mn_1/2Fe_1/4Co_1/4O₂正極材料；由此工藝所得Na_2/3Mn_1/2Fe_1/4Co_1/4O₂材料為純相材料、無雜質、表面光滑，且結晶度高；

第三、將第二步驟獲得的Na_2/3Mn_1/2Fe_1/4Co_1/4O₂正極材料燒結后圓片粉碎工藝：稱量Na_2/3Mn_1/2Fe_1/4Co_1/4O₂正極材料燒結后圓片10.0000g，置于剪切力機械打磨粉碎機的粉碎罐中心，同時添加0.2000～0.5000克高導電性石墨烯超細粉末，該石墨烯粉體的比表面積為1800m²g^-1，其石墨烯由厚度為6～11nm薄片組裝而成；設定剪切力粉碎機的轉速15000～29000rpm，打磨設備總功率為500～1200W，設備打磨時間為10～40min，粉碎罐外部溫度為25～50℃；便獲得表面包覆厚度為10nm的石墨烯材料的Na_2/3Mn_1/2Fe_1/4Co_1/4O₂超細粉末，該粉末的平均直徑為15～25μm；

第四、將第三步驟所得正極材料組裝成鈉離子電池：將石墨烯表面包覆的Na_2/3Mn_1/2Fe_1/4Co_1/4O₂球形粉末為活性物質、聚偏氟乙烯PVDF為粘合劑、乙炔黑SP為導電劑，該三種材料的重量比為8∶1∶1，充分攪拌材料至物料均勻，精確稱量電池材料總質量2.0000g；添加電池級N-甲基吡咯烷酮NMP溶劑，其添加溶劑重量是電池粉末材料總重量的10倍，充分攪拌粉末物料和溶劑；將材料和溶劑全部轉移至行星式球磨機中，研磨球為直徑5mm的304材質不銹鋼球，設定球料比為20∶1，球磨轉速為500rpm；循環運轉的程序為正轉10min-反轉10min-暫停10min；材料總研磨時間為1～4小時，得到黑色粘稠漿料；使用涂布機將粘稠黑色漿料涂布在超薄鋁箔上，其中鋁箔厚度為25微米；將涂敷正極漿料的鋁薄放置于真空干燥箱，加熱溫度為120℃保溫24小時，得到鈉離子電池的正極膜電極；負極采用厚度為0.5～1.0mm的高純鈉片，裝配多孔Celgard電池隔膜1層；有機電解液組成為0.8～1.0mol/L六氟磷酸鈉溶質、溶劑為碳酸乙烯酯EC和碳酸二乙酯DEC混合物，EC∶DEC的體積比為1∶1；電池組裝過程在雙工位惰性氬氣氣氛的手套箱中組裝鈉離子電池；電池于25℃恒溫環境中放置1天以穩定電池電壓；而后在武漢藍電公司Land 5V100mA恒流放電設備上測試0.02、0.05、0.1、0.5、1.0、2.0、5.0、10.0C在不同電流密度的容量保持率。