一種鈉離子電池及其制備方法技術

本發明專利技術實施例提供了一種鈉離子電池，包括正極極片、負極極片、非水有機電解液和隔膜。正極極片包括正極活性材料和集流體，正極活性材料為NaXCoO2、NaXMnO2、NaXTiS2、NaXNbS2Cl2、NaXWO3-X、NaXV0.5Cr0.5S、無定形NaXMoS3、NaXTaS2、NaXNi0.5Mn0.5O2、NaVPO4F或Na2FePO4F，負極極片包括負極活性材料和集流體，負極活性材料為MoS2。該鈉離子電池克服了現有技術鈉離子電池難以同時兼顧高嵌鈉容量和良好的動力學特性的缺陷，在保持高容量的同時也具有很好的循環穩定性，安全性能良好。該鈉離子電池的制備方法簡單易行，原料豐富，成本低廉。

【技術實現步驟摘要】
一種鈉離子電池及其制備方法
本專利技術涉及二次電池
，特別是涉及一種鈉離子電池及其制備方法。
技術介紹
在眾多的儲能技術中，鋰離子電池由于具有能量密度大、循環壽命長、重量輕、無污染等優點，已被廣泛的用于數碼相機、智能手機、筆記本電腦等方面。然而，鋰資源的儲量是有限的，且分布不均勻，這成為大規模發展儲能電池需要面對的一個問題。鈉元素與鋰元素處于同一主族，具有相似的物理化學性質和儲存機制，并且鈉的資源豐富，在地殼中有2.74%的儲量，分布廣泛，提煉成本低。鈉離子電池通常使用鈉基正極（例如含鈉過渡金屬氧化物）和碳負極（例如硬碳），由非水有機電解質在正負極之間傳輸鈉離子從而進行充放電，基于鈉離子傳導的鈉離子單體能量密度高，無毒可回收，相比鋰離子電池具有更大的競爭優勢。但是，現有的鈉離子電池難以同時兼顧高嵌鈉容量和良好的動力學特性。因此，開發新的鈉離子電池已經成為目前二次電池領域的研究熱點。從研究進展來看，開發鈉離子電池最大的挑戰是沒有合適的負極活性材料，雖然硬碳材料顯示了比較好的綜合性能，可逆容量達到200mAh/g，首周庫侖效率80%以上，循環也很穩定，但是硬碳儲鈉電位接近0V，在快速充電過程中，可能會導致鈉在硬碳表面的沉積和鈉枝晶的生長，從而帶來安全隱患。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術實施例第一方面提供了一種鈉離子電池，用以解決現有技術中鈉離子電池難以同時兼顧高嵌鈉容量和良好的動力學特性的問題，在保持高容量的同時也具有很好的循環穩定性，安全性能良好。本專利技術實施例第二方面提供了所述鈉離子電池的制備方法。第一方面，本專利技術實施例提供了一種鈉離子電池，包括：正極極片，包括正極活性材料和集流體，所述正極活性材料為NaXCoO2、NaXMnO2、NaXTiS2、NaXNbS2Cl2、NaXWO3-X、NaXV0.5Cr0.5S、無定形NaXMoS3或NaXTaS2，各式中0＜X＜0.5，或者，所述正極活性材料為NaXNi0.5Mn0.5O2、NaVPO4F或Na2FePO4F，負極極片，包括負極活性材料和集流體，所述負極活性材料為MoS2，非水有機電解液，包括鈉鹽和有機溶劑，以及隔膜。其中，負極活性材料為MoS2。MoS2屬于六方晶系，其Mo-S棱面相當多，比表面積大，鉬原子與硫原子通過共價鍵結合形成了S-Mo-S的三層夾心結構，S-Mo-S單層通過范德華力堆積起來形成了層狀的MoS2。MoS2層間相互作用弱，允許其他原子或分子通過插層引入進來。MoS2的高比表面積和活性材料間的良好連通性等特性使得MoS2具有良好的可逆鈉離子脫嵌性能，具有較高的可逆容量和較好的循環性能。優選地，MoS2呈卷曲的納米片層狀，具有絨毛形邊界結構。負極極片和正極極片除了包括活性材料和集流體，通常還包括粘結劑和導電劑。正極活性材料可以為含鈉過渡金屬氧化物，例如NaXCoO2、NaXMnO2或NaXNi0.5Mn0.5O2，各式中0＜X＜0.5，也可以為過渡金屬氟磷酸鈉鹽，例如NaVPO4F或Na2FePO4F，還可以為其他鈉基活性材料。優選地，所述正極活性材料為NaXMnO2，X的值為0.33或0.44。與鋰離子二次電池相似，用于鈉離子電池的非水有機電解液包括鈉鹽和有機溶劑。所述鈉鹽可以為但不限于NaPF6、NaClO4、NaAlCl4、NaSO3CF3、NaBF4、NaBCl4、NaNo3、NaPOF4、NaSCN、NaCN、NaAsF6、NaCF3CO2、NaSbF6、NaC6H5CO2、Na(CH3)C6H4SO3、NaHSO4或NaB(C6H5)4。有機溶劑可以為但不限于碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、碳酸二乙酯（DEC），1,2-二甲氧基乙烷（DME），四氫呋喃（THF）或2-甲基四氫呋喃（2-MTHF）。鈉離子在非水有機電解液中的摩爾濃度為0.5~2mol/L，優選為1mol/L。隔膜無特殊限定，可以參見常規鋰離子電池中使用的隔膜。本專利技術實施例第一方面提供了一種鈉離子電池，克服了現有技術中鈉離子電池難以同時兼顧高嵌鈉容量和良好的動力學特性的缺陷，在保持高容量的同時也具有很好的循環穩定性，安全性能良好。第二方面，本專利技術實施例提供了的一種鈉離子電池的制備方法，包括以下步驟：取正極活性材料、導電劑、粘結劑和有機溶劑，混合、攪拌，制得正極漿料，將正極漿料涂布在集流體上，烘干、輥壓后制得正極極片，所述正極活性材料為NaXCoO2、NaXMnO2、NaXTiS2、NaXNbS2Cl2、NaXWO3-X、NaXV0.5Cr0.5S、無定形NaXMoS3或NaXTaS2，各式中0＜X＜0.5，或者，所述正極活性材料為NaXNi0.5Mn0.5O2、NaVPO4F或Na2FePO4F；取負極活性材料、導電劑、粘結劑和有機溶劑，混合、攪拌，制得負極漿料，將負極漿料涂布在集流體上，烘干、輥壓后制得負極極片，所述負極活性材料為MoS2；將正極極片、負極極片以及隔膜依次用卷繞機層疊卷繞成卷狀的電芯，將得到的電芯放入一端開口的殼體中，注入非水有機電解液，密封后制成鈉離子電池。其中，負極活性材料為MoS2。MoS2屬于六方晶系，其Mo-S棱面相當多，比表面積大，鉬原子與硫原子通過共價鍵結合形成了S-Mo-S的三層夾心結構，S-Mo-S單層通過范德華力堆積起來形成了層狀的MoS2。MoS2層間相互作用弱，允許其他原子或分子通過插層引入進來。MoS2的高比表面積和活性材料間的良好連通性等特性使得MoS2具有良好的可逆鈉離子脫嵌性能，具有較高的可逆容量和較好的循環性能。優選地，MoS2呈卷曲的納米片層狀，具有絨毛形邊界結構。負極極片和正極極片除了包括活性材料和集流體，通常還包括粘結劑和導電劑。正極活性材料可以為含鈉過渡金屬氧化物，例如NaXCoO2、NaXMnO2或NaXNi0.5Mn0.5O2，也可以為過渡金屬氟磷酸鈉鹽，例如NaVPO4F或Na2FePO4F，還可以為其他鈉基活性材料。優選地，所述正極活性材料為NaXMnO2，X的值為0.33或0.44。與鋰離子二次電池相似，用于鈉離子電池的非水有機電解液包括鈉鹽和有機溶劑。所述鈉鹽可以為但不限于NaPF6、NaClO4、NaAlCl4、NaSO3CF3、NaBF4、NaBCl4、NaNo3、NaPOF4、NaSCN、NaCN、NaAsF6、NaCF3CO2、NaSbF6、NaC6H5CO2、Na(CH3)C6H4SO3、NaHSO4或NaB(C6H5)4。有機溶劑可以為但不限于碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、1,2-二甲氧基乙烷（DME）、四氫呋喃（THF）或2-甲基四氫呋喃（2-MTHF）。鈉離子在非水有機電解液中的摩爾濃度為0.5~2mol/L，優選為1mol/L。隔膜無特殊限定，可以參見常規鋰離子電池中使用的隔膜。本專利技術實施例第二方面提供的一種鈉離子電池的制備方法簡單易行，原料豐富，成本低廉，制得的鈉離子電池在具有高容量的同時也具有很好的循環穩定性，安全性能良好。本專利技術實施例的優點將會在下面的說明書中部分闡明，一部分根據說明書是顯而易見的，或者可以通過本專利技術實施例的實施而獲知。附圖說明圖1為本專利技術具體實施方式中負極活性材料MoS2本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鈉離子電池，其特征在于，包括：正極極片，包括正極活性材料和集流體，所述正極活性材料為NaXCoO2、NaXMnO2、NaXTiS2、NaXNbS2Cl2、NaXWO3?X、NaXV0.5Cr0.5S、無定形NaXMoS3或NaXTaS2，各式中0＜X＜0.5，或者，所述正極活性材料為NaXNi0.5Mn0.5O2、NaVPO4F或Na2FePO4F，負極極片，包括負極活性材料和集流體，所述負極活性材料為MoS2，非水有機電解液，包括鈉鹽和有機溶劑，以及隔膜。

【技術特征摘要】
1.一種鈉離子電池，其特征在于，包括：正極極片，包括正極活性材料和集流體，所述正極活性材料為NaXCoO2、NaXMnO2、NaXTiS2、NaXNbS2Cl2、NaXWO3-X、NaXV0.5Cr0.5S、無定形NaXMoS3或NaXTaS2，各式中0＜X＜0.5，或者，所述正極活性材料為NaXNi0.5Mn0.5O2、NaVPO4F或Na2FePO4F，負極極片，包括負極活性材料和集流體，所述負極活性材料為MoS2，所述MoS2呈卷曲的納米片層狀，具有絨毛形邊界結構，非水有機電解液，包括鈉鹽和有機溶劑，以及隔膜。2.如權利要求1所述的一種鈉離子電池，其特征在于，所述正極活性材料為NaXMnO2，X的值為0.33或0.44。3.如權利要求1所述的一種鈉離子電池，其特征在于，所述鈉鹽為NaPF6、NaClO4、NaAlCl4、NaSO3CF3、NaBF4、NaBCl4、NaNo3、NaPOF4、NaSCN、NaCN、NaAsF6、NaCF3CO2、NaSbF6、NaC6H5CO2、Na(CH3)C6H4SO3、NaHSO4或NaB(C6H5)4。4.如權利要求1所述的一種鈉離子電池，其特征在于，所述鈉離子在非水有機電解液中的摩爾濃度為0.5～2mol/L。5.一種鈉離子電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：取正極活性材料、導電劑、粘結劑和有機溶劑，混合、攪拌，制得正極漿料，將正極漿料涂布在集流體上，烘干、輥壓后制得正極極...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王強，
申請(專利權)人：華為技術有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東;44