【技术实现步骤摘要】
本申请涉及钠离子电池制造，尤其涉及一种高倍率钠电池及其制备方法。
技术介绍
1、随着时代的进步，能量存储设备需求不断增加，高倍率的锂离子电池成为小动力、小储能设备的首选电池。但是，近几年，随着锂离子电池原材料的不断上涨，锂离子电池的制造成本也不断增加，如此高昂的价格，已经让多数中小企业无法存活，因此，现阶段多数企业转向性价比更优的钠离子电池的研究。
2、锂离子电池的成本主要在于，正极主材，及负极集流体铜箔；锂元素在自然界中存量较少，物以希为贵，钠离子与锂离子属于同主族元素，钠离子电池的工作原理与锂离子电池类似，是利用钠离子在正负极之间嵌脱过程实现充放电。且钠离子电池生产设备，与锂离子基本一样，不需要更替生产设备。因此开发出同等性能的高倍率钠离子电池来替代锂离子电池是非常有必要的。
技术实现思路
1、本申请目的在于针对当前技术的不足，提供一种高倍率钠电池及其制备方法，本申请的制备方法简单，反应条件温和，成本低，适合大规模生产，本申请的高倍率钠电池具有能够有效提高钠离子电池具有优异的首次放电容量、首次库伦效率、循环性能稳定、优异的高倍率和使用寿命长等优点。
2、第一方面，本申请提供一种高倍率钠电池，采用如下技术方案：
3、一种高倍率钠电池，包括正极片、负极片、隔离膜、电解液；所述正极片组成的质量百分比为：75-80％nvpf@c-n复合材料、10％正极粘合剂、10-15％导电剂super p，所述正极粘合剂由羧甲基纤维素钠和聚丙烯酸钠以质量份数比1:
4、通过采用上述技术方案，本申请的高倍率钠电池采用了多种材料和技术来提高电池的性能。正极片：正极片是电池的主要组成部分，负责储存和释放能量。本申请中的正极片采用nvpf@c-n复合材料，通过表面氮掺杂碳包覆来改善材料的电子和离子电导率，从而提高电池的可逆容量和倍率性能。同时，正极片还包含正极粘合剂和导电剂super p，正极粘合剂由羧甲基纤维素钠和聚丙烯酸钠混合制得，有助于提高正极片的结构稳定性和导电性能。负极片：负极片也是电池的重要组成部分，与正极片一起参与电化学反应。本申请中的负极片采用fe7s8＠n-c纳米棒复合材料，通过fe7s8纳米棒与氮掺杂碳层的协同作用，提升了钠电池的循环稳定性能和高倍率性能。同时，负极片还包含导电剂super p和羟甲基纤维素钠，有助于提高负极片的导电性能和结构稳定性。隔离膜：隔离膜是电池中的一个重要组成部分，用于隔离正极片和负极片，防止短路。本申请中的隔离膜采用玻璃纤维膜，具有良好的机械强度和化学稳定性，能够有效防止正负极片之间的短路现象。电解液：电解液是电池中的另一个重要组成部分，负责传递正负极片之间的离子。本申请中的电解液采用钠离子电解液，有助于提高电池的离子传输效率，从而提高电池的倍率性能。综上所述，本申请的高倍率钠电池通过采用nvpf@c-n复合材料、fe7s8＠n-c纳米棒复合材料等高性能材料，实现了优异的首次放电容量、首次库伦效率、循环性能稳定、高倍率和使用寿命长等优点，适用于大规模生产。
5、优选的，所述fe7s8＠n-c纳米棒复合材料的制备方法，包括以下步骤：
6、s21、制备羟基氧化铁:将六水合氯化铁和十六烷基三甲基溴化铵置于反应器中，加入去离子水，室温磁力搅拌30-60min，得到溶液a，然后将溶液a转移到聚四氟乙烯内衬反应釜中，75-80℃下反应12-16h，待反应釜冷却至室温后，收集沉淀物，并采用乙醇和去离子水反复离心交替清洗3次后，置于60℃真空干燥箱中真空干燥8-12h，得到羟基氧化铁；
7、s22、制备聚多巴胺包覆羟基氧化铁：将羟基氧化铁置于反应器中，向反应器中加入的0.05mol/l的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液混合，超声30-60min使其分散均匀，然后向反应器中加入盐酸多巴胺，在30℃油浴下搅拌8-10h后，过滤，洗涤干燥，置于60℃真空干燥箱中真空干燥6-8h，得到聚多巴胺包覆羟基氧化铁；
8、s23、制备氮掺杂碳包覆fe7s8纳米棒复合材料：将聚多巴胺包覆羟基氧化铁和升华硫粉混合均匀后转移至刚玉石英舟中，在氩气气氛下高温碳化并硫化，随炉自然冷却至室温后，得到氮掺杂碳包覆fe7s8纳米棒复合材料，标记为fe7s8＠n-c纳米棒复合材料。
9、通过采用上述技术方案，s21制备羟基氧化铁，这一步骤的目的是合成羟基氧化铁，它是fe7s8＠n-c纳米棒复合材料的前驱体。羟基氧化铁的形态和纯度对后续步骤中fe7s8的结构和性能有重要影响。通过使用六水合氯化铁和十六烷基三甲基溴化铵作为原料，并在特定的温度和时间下反应，可以控制羟基氧化铁的粒径和形貌，从而在后续步骤中得到均匀且具有良好电化学性能的fe7s8＠n-c纳米棒复合材料。s22制备聚多巴胺包覆羟基氧化铁：聚多巴胺是一种具有良好的粘附性和易于聚合的有机化合物，可以在羟基氧化铁表面形成均匀的包覆层。这一层不仅作为氮源，为后续的氮掺杂提供基础，还能在高温碳化过程中转化为导电性良好的碳材料，从而提高复合材料的电子导电性。s23制备氮掺杂碳包覆fe7s8纳米棒复合材料，这一步骤通过高温碳化和硫化处理，将聚多巴胺包覆羟基氧化铁转化为氮掺杂碳包覆fe7s8纳米棒复合材料。高温处理使得聚多巴胺转化为碳材料，并使硫元素与铁元素反应生成fe7s8纳米棒。氮掺杂碳层和fe7s8纳米棒的协同作用。氮掺杂碳层提供了良好的电子导电性，而fe7s8纳米棒则提供了高的离子存储能力。这种结构有利于提高钠电池的高倍率性能和循环稳定性，因为电子和离子传输通道被有效构建，同时保持了结构的稳定性。综上所述，本申请中的fe7s8＠n-c纳米棒复合材料的制备方法通过精确控制前驱体的合成和后续的包覆及热处理过程，实现了对材料形貌、结构和组成的调控，从而获得了具有优异电化学性能的钠电池负极材料。
10、优选的，在步骤s21中，所述六水合氯化铁、十六烷基三甲基溴化铵和去离子的用量比为1.08g：1g：40ml。
11、优选的，在步骤s22中，所述羟基氧化铁、三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液和盐酸多巴胺的用量比为1g：500ml：0.4g。
12、优选的，在步骤s23中，所述聚多巴胺包覆羟基氧化铁和升华硫粉的用量比为1g:4g。
13、优选的，在步骤s23中，所述高温碳化并硫化的工艺条件为：以5℃/min的升温速率加热到150℃保温2h,然后以5℃/min的升温速率加热到550-560℃保温3-3.5h。
14、优选的，所述nvpf@c-n复合材料的制备方法，包括以下步骤：
15、s71、按照摩尔份数，将3份naf、2份nh4h2po4和2份nh4vo3溶解在100份去离子水中，同时将0.15份柠檬酸用作螯合剂和碳源加入，将0.12份尿素作为氮源添加入，混合搅拌均匀，得到混本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高倍率钠电池，其特征在于，包括正极片、负极片、隔离膜、电解液；所述正极片组成的质量百分比为：75-80％NVPF@C-N复合材料、10％正极粘合剂、10-15％导电剂SuperP，所述正极粘合剂由羧甲基纤维素钠和聚丙烯酸钠以质量份数比1:1混合制得；所述负极片组成的质量百分比为：70-75％Fe7S8＠Ｎ-Ｃ纳米棒复合材料、15-20％导电剂Super P、10％羟甲基纤维素钠；所述隔离膜为玻璃纤维膜；所述NVPF@C-N复合材料为氮掺杂碳包覆Na3V2（PO4）2F3复合材料；所述Fe7S8＠Ｎ-Ｃ纳米棒复合材料为氮掺杂碳包覆Fe7S8纳米棒复合材料。
2.根据权利要求1所述一种高倍率钠电池，其特征在于，所述Fe7S8＠Ｎ-Ｃ纳米棒复合材料的制备方法，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述一种高倍率钠电池，其特征在于，在步骤S21中，所述六水合氯化铁、十六烷基三甲基溴化铵和去离子的用量比为1.08g：1g：40mL。
4.根据权利要求2所述一种高倍率钠电池，其特征在于，在步骤S22中，所述羟基氧化铁、三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液和盐酸多巴
5.根据权利要求2所述一种高倍率钠电池，其特征在于，在步骤S23中，所述聚多巴胺包覆羟基氧化铁和升华硫粉的用量比为1g:4g。
6.根据权利要求2所述一种高倍率钠电池，其特征在于，在步骤S23中，所述高温碳化并硫化的工艺条件为：以5℃/min的升温速率加热到150℃保温2h,然后以5℃/min的升温速率加热到550-560℃保温3-3.5h。
7.根据权利要求1所述一种高倍率钠电池，其特征在于，所述NVPF@C-N复合材料的制备方法，包括以下步骤：
8.根据权利要求1所述一种高倍率钠电池，其特征在于，所述电解液组成的质量百分比为：15％NaPF6、81％溶剂和4％添加剂。
9.根据权利要求8所述一种高倍率钠电池，其特征在于，所述溶剂组成的质量百分比为：45％碳酸乙烯酯、8％碳酸甲乙酯和47％碳酸二乙酯；所述添加剂组成的质量百分比为：25％碳酸亚乙烯酯、37.5％(亚硫酸丙烯酯、12.5％二硫代二咪唑啉、12.5％二氟草酸硼酸钠、12.5％二氟磷酸钠。
10.一种权利要求1-9任一所述一种高倍率钠电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种高倍率钠电池，其特征在于，包括正极片、负极片、隔离膜、电解液；所述正极片组成的质量百分比为：75-80％nvpf@c-n复合材料、10％正极粘合剂、10-15％导电剂superp，所述正极粘合剂由羧甲基纤维素钠和聚丙烯酸钠以质量份数比1:1混合制得；所述负极片组成的质量百分比为：70-75％fe7s8＠ｎ-ｃ纳米棒复合材料、15-20％导电剂super p、10％羟甲基纤维素钠；所述隔离膜为玻璃纤维膜；所述nvpf@c-n复合材料为氮掺杂碳包覆na3v2（po4）2f3复合材料；所述fe7s8＠ｎ-ｃ纳米棒复合材料为氮掺杂碳包覆fe7s8纳米棒复合材料。
2.根据权利要求1所述一种高倍率钠电池，其特征在于，所述fe7s8＠ｎ-ｃ纳米棒复合材料的制备方法，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述一种高倍率钠电池，其特征在于，在步骤s21中，所述六水合氯化铁、十六烷基三甲基溴化铵和去离子的用量比为1.08g：1g：40ml。
4.根据权利要求2所述一种高倍率钠电池，其特征在于，在步骤s22中，所述羟基氧化铁、三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液和盐酸多巴胺的用量比为1g：500ml：0.4...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡毅松，李蕴娟，蔡崇申，周实，
申请(专利权)人：福建特钠新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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