一种钠电池及其正极材料、正极片的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钠电池及其正极材料、正极片的制备方法，正极材料的制备包括以下步骤：制备中空的碳球；利用HF溶液刻蚀中空的碳球得到中空介孔碳球；将FeF2注入刻蚀后的中空介孔碳球中得到正极材料HMCS@FeF2；并利用正极材料制作钠电池正极片以及钠电池。本发明专利技术通过设计具有三维结构的正极材料，提高正极导电率，避免活性物质的溶解，缩短钠离子在电极中扩散路径，提升活性物质的利用率，使得电池的整体电化学性能提高。整体电化学性能提高。整体电化学性能提高。

A preparation method of sodium battery and its cathode material and cathode sheet

【技术实现步骤摘要】
一种钠电池及其正极材料、正极片的制备方法


[0001]本专利技术涉及电池制备
，特别涉及一种钠电池的正极材料、正极片以及钠电池的制备方法。

技术介绍

[0002]电动汽车和人工智能等的发展如火如荼，然而这些应用场景都要求高安全性和绿色无污染的储能器件，因此也离不开锂离子电池。锂离子电池的大规模应用也使锂资源稀缺的问题进一步凸显。钠电池作为有潜力替代锂电池的一种储能器件，主要的应用问题是由于钠离子半价比锂离子大而使得离子传输速率低，电池能量密度低。开发高容量、高倍率性能的正极材料是提升钠电池能量密度，也是未来钠离子电池成功应用的关键。
[0003]目前国内中聚锂电公司的钠电池使用的是Ni/Fe/Mn材料为正极，硬碳为负极，能量密度达到100Wh/kg。然而现在钠电池中传统的正极材料理论比容量较低，因此正极导电率低。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种钠电池及其正极材料、正极片的制备方法，通过设计三维结构的正极，提高正极导电率，避免活性物质的溶解，缩短钠离子在电极中扩散路径，提升活性物质的利用率，使得电池的整体电化学性能提高。
[0005]为解决上述问题，本专利技术的第一方面提供了一种钠电池的正极材料制备方法，包括以下步骤：
[0006]制备碳球；
[0007]利用强酸溶液刻蚀所述碳球，得到中空介孔碳球；
[0008]将FeF2注入中空介孔碳球，得到所述正极材料。
[0009]优选地，所述制备碳球，包括以下步骤：
[0010]将正硅酸乙酯溶液加入到第一混合溶液中搅拌得到第二溶液；
[0011]将多巴胺溶液或酚醛树脂溶液加入到所述第二溶液中继续搅拌，得到黑色固体；
[0012]离心分离所述黑色固体，在惰性气体氛围下煅烧获得到中空的所述碳球。
[0013]优选地，所述第一混合溶液中NH4OH：H2O：无水乙醇＝6：20：140。
[0014]优选地，所述利用强酸溶液刻蚀所述碳球，得到所述中空介孔碳球，具体包括：
[0015]将HF溶液稀释后加入所述碳球，充分搅拌后清洗并干燥。
[0016]优选地，所述将FeF2注入中空介孔碳球得到所述正极材料，具体包括：
[0017]向混合有所述中空介孔碳球和氟硅酸亚铁的水溶液加入活性剂，抽真空后冷冻干燥；
[0018]惰性气体氛围煅烧，研磨得到所述正极材料。
[0019]优选地，所述惰性气体氛围煅烧为：
[0020]在氩气氛围下以250℃，3℃/min的升温速率煅烧4小时。
[0021]优选地，所述氟硅酸亚铁的水溶液为FeSiF6·
6H2O粉末和去离子水的混合溶液或FeSiF6的水溶液。
[0022]根据本专利技术的一方面提供了一种钠电池的正极片制备方法，包括以下步骤：
[0023]制作混合有包括上述正极材料、粘结剂和导电剂的浆料；
[0024]将所述浆料涂覆在铝箔上进行真空干燥并剪裁，得到所述正极片。
[0025]优选地，所述浆料中正极材料、粘结剂、导电剂的质量比为8：1：1。
[0026]根据本专利技术的又一方面提供了一种钠电池，包括由正极材料制备的正极片。
[0027]本专利技术的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
[0028]通过设计具有三维结构的正极材料，提高正极导电率，避免活性物质的溶解，缩短钠离子在电极中扩散路径，提升活性物质的利用率，使得电池的整体电化学性能提高。
附图说明
[0029]图1是本专利技术的一种正极材料制备方法第一实施方式的流程图；
[0030]图2是本专利技术的SiO2@C的SEM图；
[0031]图3是本专利技术的HF处理的SiO2@C的SEM图；
[0032]图4是本专利技术的HMCS@FeF2的XRD图；
[0033]图5是本专利技术的HMCS@FeF2的SEM图；
[0034]图6是本专利技术的HMCS@FeF2的TEM图；
[0035]图7a是本专利技术的HMCS@FeF2中Fe元素分布的Mapping图；
[0036]图7b是本专利技术的HMCS@FeF2中C元素分布的Mapping图；
[0037]图7c是本专利技术的HMCS@FeF2中F元素分布的Mapping图；
[0038]图8是本专利技术的一种钠电池长循环电化学性能示意图；
[0039]图9是本专利技术的钠电池倍率电化学性能示意图；
[0040]图10是本专利技术的钠电池循环前后阻抗图。
具体实施方式
[0041]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。
[0042]显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0043]实施例一：
[0044]图1示出了本专利技术的一种正极材料制备方法的流程图，包括以下步骤：
[0045]S1、制备碳球；
[0046]S2、利用强酸溶液刻蚀碳球，得到中空介孔碳球；
[0047]S3、将FeF2注入中空介孔碳球，得到正极材料。
[0048]本专利技术通过将活性物质FeF2注入具有三维结构的中空介孔碳球HMCS(mesoporous hollow carbon spheres)得到的正极材料HMCS@FeF2，具有高正极导电率，能够避免活性物质的溶解，缩短钠离子在电极中扩散路径，提升活性物质的利用率，使得钠电池的整体电化学性能提高。
[0049]其中，步骤S1包括以下步骤：
[0050]S101、将正硅酸乙酯溶液加入到第一混合溶液中搅拌得到第二溶液；
[0051]S102、将多巴胺溶液或酚醛树脂溶液加入到第二溶液中继续搅拌，得到黑色固体；
[0052]S103、离心分离黑色固体，在惰性气体氛围下煅烧获得黑色的中空的碳球。
[0053]在本专利技术的一个优选实施例中，制备以SiO2为硬模板的中空的碳球SiO2@C，具体的：
[0054]将5.6ml纯度为99％的正硅酸乙酯溶液加入到盛有166ml第一混合溶液的烧杯中搅拌；其中，通过设置第一混合溶液中NH4OH：H2O：无水乙醇＝6：20：140，能够使合成的正极材料具有的较好形貌。
[0055]将160mL，5mg/mL的多巴胺溶液或酚醛树脂溶液加入到上述第二溶液中，继续以300rmp/min搅拌12小时，使其充分反应进一步得到黑色固体。
[0056]其中，正硅酸乙酯用于使碳球的外壳中含有SiO2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠电池的正极材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：制备碳球；利用强酸溶液刻蚀所述碳球，得到中空介孔碳球；将FeF2注入中空介孔碳球，得到所述正极材料。2.根据权利要求1所述的正极材料制备方法，其特征在于，所述制备碳球，包括以下步骤：将正硅酸乙酯溶液加入到第一混合溶液中搅拌得到第二溶液；将多巴胺溶液或酚醛树脂溶液加入到所述第二溶液中继续搅拌，得到黑色固体；离心分离所述黑色固体，在惰性气体氛围下煅烧获得到中空的所述碳球。3.根据权利要求2所述的正极材料制备方法，其特征在于，所述第一混合溶液中NH4OH：H2O：无水乙醇＝6：20：140。4.根据权利要求1所述的正极材料制备方法，其特征在于，所述利用强酸溶液刻蚀所述碳球，得到所述中空介孔碳球，具体包括：将HF溶液稀释后加入所述碳球，充分搅拌后清洗并干燥。5.根据权利要求1所述的正极材料制备方法，其特征在于，所述将FeF2注入中空介孔碳球得到所述正极材料，具体包括：向混合有所述中空...

【专利技术属性】
技术研发人员：马增胜，邱园，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：