【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于鈉離子電池材料，具體涉及一種水系對稱鈉離子電池及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、隨著清潔和可再生能源的發(fā)展，對于開發(fā)具有低成本、高能量密度和長循環(huán)壽命的電力存儲(chǔ)裝置的需求大大提高。盡管近年來研究人員鋰離子電池的研發(fā)和應(yīng)用上取得了巨大的成果，但鋰資源稀少和分布不均，使得其在未來更大規(guī)模的應(yīng)用上受到限制。同時(shí)，鋰離子電池所采用的有機(jī)系電解質(zhì)有毒、易燃并且生產(chǎn)成本高。相較鋰離子電池，水系鈉離子電池生產(chǎn)成本低、無毒害、高安全性以及金屬鈉自然豐度高，可作為鋰離子電池的替代品和克服有機(jī)電解質(zhì)的新一代儲(chǔ)能裝置。
2、近年來，已有一些材料被應(yīng)用于水系鈉離子電池電極材料，包括過渡金屬氧化物、普魯士藍(lán)類似物和聚陰離子化合物。其中，聚陰離子化合物由于其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，離子傳輸通道大及豐富的鈉離子活性位點(diǎn)，具有相對穩(wěn)定的鈉儲(chǔ)存性能。但在充放電過程中，隨著鈉離子的嵌入和脫出，電極材料會(huì)發(fā)生體積膨脹，破壞電極材料與集流體的接觸性，使得活性材料從極片上脫離，引起電池容量的快速衰減。水系非對稱鈉離子電池在實(shí)際生產(chǎn)過程中，因正負(fù)極材料不同，需要兩條不同的產(chǎn)線，且正負(fù)極集流以及活性物質(zhì)的負(fù)載質(zhì)量都存在差異，造成生產(chǎn)成本較高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對以上水系非對稱鈉離子電池的不足，本專利技術(shù)提供一種水系對稱鈉離子電池及制備方法，該水系對稱鈉離子電池結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、壽命長、導(dǎo)電性能優(yōu)異，在大規(guī)模量產(chǎn)中，正負(fù)極的制備可采用同一條產(chǎn)線，裝配過程無需區(qū)分正負(fù)極，無需嚴(yán)苛環(huán)境，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率，大大降低生產(chǎn)成本。>
2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本專利技術(shù)提供的技術(shù)方案是：
3、一種水系對稱鈉離子電池，所述電池由對稱電極、電解液和電池外殼組成，其中，所述對稱電極由正極、負(fù)極通過熱復(fù)合方法與隔膜一體化組成，且正極、負(fù)極采用同一種活性材料。
4、優(yōu)選的，所述活性材料為碳、氮共包覆磷酸鈦錳鈉材料。
5、優(yōu)選的，所述電解液為含硫酸鹽穩(wěn)定劑的鈉鹽水溶液。更優(yōu)選的，所述穩(wěn)定劑為硫酸鋰、硫酸鉀、硫酸鎂、硫酸鋅中的一種或多種。
6、優(yōu)選的，所述隔膜為氧化鋁陶瓷隔膜。
7、本專利技術(shù)還提供上述水系對稱鈉離子電池的制備方法，包括如下步驟：
8、一、制備碳、氮共包覆磷酸鈦錳鈉材料
9、a)鈦源和磷酸二氫銨球磨混合，所得溶液進(jìn)行噴霧干燥，得到磷酸鈦前驅(qū)體；
10、b)所得磷酸鈦前驅(qū)體在nh3氣氛下煅燒，煅燒溫度為650-800℃得到氮摻雜的磷酸鈦材料；
11、c)將氮摻雜的磷酸鈦材料與錳源、鈉源、磷酸、碳源混合進(jìn)行球磨，所得溶液進(jìn)行噴霧干燥，得到碳、氮摻雜磷酸鈦錳鈉前驅(qū)體；
12、d)氮摻雜磷酸鈦錳鈉前驅(qū)體在惰性氣體中進(jìn)行煅燒，煅燒溫度為600-1000℃，得到c/n-na3mnti(po4)3；
13、二、制備對稱電極
14、a)配置膠液，將熱塑性樹脂、醚類、醇類溶劑在真空條件下，加熱攪拌均勻，溫度在150-300℃；
15、b)將碳、氮共包覆磷酸鈦錳鈉材料、導(dǎo)電材料加入到1)所述膠液中，球磨混合均勻，活性材料占固體總質(zhì)量的65％-90％，固含量在75％-95％；
16、c)將漿料轉(zhuǎn)移至硅膠模具中，冷卻成型后，進(jìn)行脫模，形成電極坯體溫度在20-60℃；
17、d)通過熱壓機(jī)在溫度100-300℃、壓力5-10mpa的條件下，持續(xù)5-20min，將正極和負(fù)極電極坯體熱壓在氧化鋁陶瓷隔膜兩側(cè)，冷卻固化后，得到，得到隔膜一體化對稱電極坯體，冷卻溫度在25-80℃；
18、e)將對稱電極坯體至于惰性氣體中，在1000-1200℃下進(jìn)行高溫炭化；
19、三、組裝電池
20、將對稱電極、電解液和電池外殼進(jìn)行組裝，得到水系對稱鈉離子電池。
21、優(yōu)選的，所述錳源為mnso4、mnco3、mn(ac)2、mn(no3)2中的一種或兩種；鈉源為na2co3、nah2po4、nahco3、ch3coona中的一種或兩種；碳源為檸檬酸、油酸、活性炭、導(dǎo)電石墨、乙炔、石墨烯、生物質(zhì)炭中的一種或多種。
22、優(yōu)選的，所述熱塑性樹脂為：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜中的一種或多種；醚類為乙醚、丙二醇乙醚、甲醚、丙醚中的一種或多種，在膠液中質(zhì)量占比為0.8％-2％；醇類為甲醇，正丙醇，異丙醇，正戊醇，苯甲醇，丁醇、雙丙酮醇中的一種或兩種以上，在膠液中質(zhì)量占比為3％-25％；
23、優(yōu)選的，所述加熱攪拌時(shí)間在4-8h。
24、優(yōu)選的，所述導(dǎo)電材料為石墨、導(dǎo)電炭黑、乙炔黑、碳纖維、碳納米管中的一種或多種。
25、本專利技術(shù)的有益效果為：
26、(1)本專利技術(shù)的水系對稱鈉離子電池的正負(fù)極采用同一種聚陰離子結(jié)構(gòu)活性材料，該活性材料具有mn、ti兩種過渡金屬元素，充放電過程中，該材料作為正負(fù)極均可同時(shí)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，應(yīng)用在水系對稱電池中具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、長壽命、導(dǎo)電性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。
27、(2)本專利技術(shù)水系對稱鈉離子電池在大規(guī)模量產(chǎn)中，正負(fù)極的制備可采用同一條產(chǎn)線，裝配過程無需區(qū)分正負(fù)極，無需嚴(yán)苛環(huán)境，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率，大大降低生產(chǎn)成本。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種水系對稱鈉離子電池，其特征在于，所述電池由對稱電極、電解液和電池外殼組成；所述對稱電極由正極、負(fù)極通過熱復(fù)合方法與隔膜一體化組成，且正極、負(fù)極采用同一種活性材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水系對稱鈉離子電池，其特征在于，所述活性材料為碳、氮共包覆磷酸鈦錳鈉材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水系對稱鈉離子電池，其特征在于，所述電解液為含硫酸鹽穩(wěn)定劑的鈉鹽水溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種水系對稱鈉離子電池，其特征在于，所述穩(wěn)定劑為硫酸鋰、硫酸鉀、硫酸鎂、硫酸鋅中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水系對稱鈉離子電池，其特征在于，所述隔膜為氧化鋁陶瓷隔膜。
6.一種如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的水系對稱鈉離子電池的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述錳源為MnSO4、MnCO3、Mn(AC)2、Mn(NO3)2中的一種或兩種；鈉源為Na2CO3、NaH2PO4、NaHCO3、CH3COONa中的一種或兩種；碳源為檸檬酸、油酸、活性炭、導(dǎo)
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述熱塑性樹脂為：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜中的一種或多種；醚類為乙醚、丙二醇乙醚、甲醚、丙醚中的一種或多種，在膠液中質(zhì)量占比為0.8％-2％；醇類為甲醇，正丙醇，異丙醇，正戊醇，苯甲醇，丁醇、雙丙酮醇中的一種或兩種以上，在膠液中質(zhì)量占比為3％-25％。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述加熱攪拌時(shí)間在4-8h。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述導(dǎo)電材料為石墨、導(dǎo)電炭黑、乙炔黑、碳纖維、碳納米管中的一種或多種。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種水系對稱鈉離子電池，其特征在于，所述電池由對稱電極、電解液和電池外殼組成；所述對稱電極由正極、負(fù)極通過熱復(fù)合方法與隔膜一體化組成，且正極、負(fù)極采用同一種活性材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水系對稱鈉離子電池，其特征在于，所述活性材料為碳、氮共包覆磷酸鈦錳鈉材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水系對稱鈉離子電池，其特征在于，所述電解液為含硫酸鹽穩(wěn)定劑的鈉鹽水溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種水系對稱鈉離子電池，其特征在于，所述穩(wěn)定劑為硫酸鋰、硫酸鉀、硫酸鎂、硫酸鋅中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水系對稱鈉離子電池，其特征在于，所述隔膜為氧化鋁陶瓷隔膜。
6.一種如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的水系對稱鈉離子電池的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述錳源為m...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：蔣立君，張永獻(xiàn)，楊鵬，錢森森，徐深秋，
申請(專利權(quán))人：超威電源集團(tuán)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評(píng)論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。