一种正极复合活性材料、正极极片、钠离子电池制造技术

本发明专利技术涉及钠离子电池技术领域，具体涉及一种正极复合活性材料、正极极片、钠离子电池。正极复合活性材料包括MXene纳米片以及均匀分布在所述MXene纳米片的层间和/或表面的NaFeO2。MXene是由碳层和过渡金属层交替组成的二维无机层状化合物，这赋予了MXene材料良好的导电性。与纯NaFeO2相比，MXene纳米片与NaFeO2所构成的正极复合活性材料具有更加优异的电子传输能力，从而提高了钠离子电池的充放电能力，即使低温条件下也能够进行正常的充放电工作。放电工作。

【技术实现步骤摘要】
一种正极复合活性材料、正极极片、钠离子电池


[0001]本专利技术涉及钠离子电池
，具体涉及一种正极复合活性材料、正极极片、钠离子电池。

技术介绍

[0002]当今社会，能源短缺和环境污染问题已经成为限制社会发展的最大问题。为了解决能源、环境问题，需要实现能源的高效利用。现阶段，最高效的二次电池是锂离子电池，锂离子电池已经广泛应用于各类电子器件、交通、航天等各个领域。但是由于锂元素储量有限，导致锂离子电池的价格较高。与锂离子电池相比，钠离子电池的成本较低，因此具有良好的发展前景。
[0003]钠离子电池的主要构成为正极、负极、隔膜、电解液和集流体，其中正极和负极材料的结构和性能决定着整个电池的储钠性能。正负极之间通过隔膜隔开防止短路，电解液浸润正负极作为离子流通的介质，集流体起到收集和传输电子的作用。充电时，Na
+
从正极脱出，经电解液穿过隔膜嵌入负极，使正极处于高电势的贫钠态，负极处于低电势的富钠态；放电过程则与之相反，Na
+
从负极脱出，经由电解液穿过隔膜重新嵌入到正极材料中，使正极恢复到富钠态。为保持电荷平衡，充放电过程中有相同数量的电子经外电路传递，与Na
+
一起在正负极间迁移，使正负极发生氧化和还原反应。
[0004]然而，钠离子电池在寒冷地区应用时，低温降低了电子的传输能力，从而使钠离子电池的充放电能力受到限制，无法保证钠离子电池进行正常的充放电工作。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术要解决的技术问题在于如何提高钠离子电池的低温充放电能力，从而提供一种正极复合活性材料、正极极片、钠离子电池。
[0006]第一方面，本专利技术提供一种正极复合活性材料，包括MXene纳米片以及均匀分布在所述MXene纳米片的层间和/或表面的NaFeO2。
[0007]可选的，所述MXene纳米片与NaFeO2的质量比为1％
‑
7％。
[0008]可选的，所述MXene纳米片的材料包括Ti3C2T
x
、Ti2NT
x
、Ti2CT
x
、Ti4C3T
x
和V2CT
x
中的至少一种，T
x
包括
‑
OH、
‑
F和＝O中的至少一种。
[0009]第二方面，本专利技术提供一种正极极片，包括正极集流体以及位于所述正极集流体的两侧表面的正极活性层，所述正极活性层中包括上述正极复合活性材料。
[0010]可选的，所述正极活性层中还包括纳米导电颗粒、碳纳米管和粘合剂，所述正极复合活性材料、纳米导电颗粒和碳纳米管均匀分散在所述正极活性层中。
[0011]可选的，在所述正极活性层中，所述正极复合活性材料的质量分数为90％
‑
98％，所述纳米导电颗粒的质量分数为0.3％
‑
3％，所述碳纳米管的质量分数为0.2％
‑
3％，其余为所述粘合剂。
[0012]可选的，所述纳米导电颗粒包括导电炭黑；所述粘合剂的材料包括聚偏二氟乙烯。
[0013]可选的，所述正极活性层中还均匀分散有氮掺杂介孔碳。
[0014]可选的，所述氮掺杂介孔碳中氮的掺杂量为0.01％
‑
1％。
[0015]可选的，在所述正极活性层中，所述氮掺杂介孔碳的质量分数为0.1％
‑
3％。
[0016]可选的，所述氮掺杂介孔碳的孔径为2nm
‑
50nm。
[0017]可选的，所述氮掺杂介孔碳的粒径为500nm
‑
10μm。
[0018]可选的，所述正极集流体为多孔集流体。
[0019]可选的，所述正极集流体中的孔径为100nm
‑
2μm。
[0020]可选的，所述正极集流体的材料包括多孔铝箔、多孔钛、多孔镍或多孔银。
[0021]第三方面，本专利技术提供一种钠离子电池，包括电解液、负极极片、以及上述正极极片。
[0022]可选的，所述电解液采用四氢呋喃与乙二醇二甲醚的混合溶剂。
[0023]可选的，所述混合溶剂中四氢呋喃的体积含量为1％
‑
40％。
[0024]可选的，所述负极极片包括负极集流体以及位于所述负极集流体的两侧表面的负极活性层，所述负极活性层包括均匀分散的负极活性材料和氮掺杂介孔碳。
[0025]可选的，所述氮掺杂介孔碳中氮的掺杂量为0.01％
‑
1％。
[0026]可选的，在所述负极活性层中，所述氮掺杂介孔碳的质量分数为0.1％
‑
3％。
[0027]可选的，所述负极集流体为多孔集流体。
[0028]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0029]1.本专利技术提供的正极复合活性材料，包括MXene纳米片以及均匀分布在所述MXene纳米片的层间和/或表面的NaFeO2。MXene是由碳层和过渡金属层交替组成的二维无机层状化合物，这赋予了MXene材料良好的导电性。与纯NaFeO2相比，MXene纳米片与NaFeO2所构成的正极复合活性材料具有更加优异的电子传输能力，从而提高了钠离子电池的充放电能力，即使低温条件下也能够进行正常的充放电工作，同时，低温充电过程中不易析钠，低温放电过程中容量降低程度小。
[0030]2.本专利技术提供的正极极片中，正极活性层包括零维的纳米导电颗粒、一维的碳纳米管以及二维的MXene纳米片，上述材料能够构筑发达的电子传输网络，提高正极极片的电子传输能力，缓解低温充放电过程中电子传输极化现象，从而有效提高钠离子电池的低温充放电能力。
[0031]3.本专利技术提供的正极极片中，正极活性层还包括氮掺杂介孔碳。氮掺杂介孔碳的介孔结构能够提高电解液的浸润性，这有利于钠离子从正极脱出和嵌入；同时，氮掺杂介孔碳具有优异的电化学性能，能够提高钠离子和电子的传输能力，从而进一步提高钠离子电池的低温充放电能力。
[0032]4.本专利技术提供的正极极片中，所述正极集流体为多孔集流体，这有利于提升钠离子和电子在正极中传输动力学，也为钠离子传输提供了快速传输通道。同时，多孔结构降低了正极集流体的密度和质量，从而能够提高钠离子电池的能量密度。
[0033]5.本专利技术提供的钠离子电池，电解液采用四氢呋喃与乙二醇二甲醚的混合溶剂，上述混合溶剂可以降低钠离子的去溶剂化的动力学势垒，易于在负极极片表面形成富含NaF的SEI膜，SEI膜能够提升界面反应和界面钠离子通过的动力学，降低负极在低温下的界面阻抗，从而抑制充电过程中负极析钠，提高了钠离子电池低温充电的安全性，并降低钠离
子电池低温充放电的阻力。
具体实施方式
[0034]下面将对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，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，本领域普通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正极复合活性材料，其特征在于，包括MXene纳米片以及均匀分布在所述MXene纳米片的层间和/或表面的NaFeO2。2.根据权利要求1所述的正极复合活性材料，其特征在于，所述MXene纳米片与NaFeO2的质量比为1％
‑
7％。3.根据权利要求1或2所述的正极复合活性材料，其特征在于，所述MXene纳米片的材料包括Ti3C2T
x
、Ti2NT
x
、Ti2CT
x
、Ti4C3T
x
和V2CT
x
中的至少一种，T
x
包括
‑
OH、
‑
F和＝O中的至少一种。4.一种正极极片，其特征在于，包括正极集流体以及位于所述正极集流体的两侧表面的正极活性层，所述正极活性层中包括权利要求1
‑
3任一项所述的正极复合活性材料。5.根据权利要求4所述的正极极片，其特征在于，所述正极活性层中还包括纳米导电颗粒、碳纳米管和粘合剂，所述正极复合活性材料、纳米导电颗粒和碳纳米管均匀分散在所述正极活性层中；优选的，在所述正极活性层中，所述正极复合活性材料的质量分数为90％
‑
98％，所述纳米导电颗粒的质量分数为0.3％
‑
3％，所述碳纳米管的质量分数为0.2％
‑
3％，其余为所述粘合剂；优选的，所述纳米导电颗粒包括导电炭黑；所述粘合剂的材料包括聚偏二...

【专利技术属性】
技术研发人员：方伟，李强，邵梦，吴江雪，苏树发，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：