一種水系可充鈉電池正極材料及相應(yīng)的鈉電池的制作方法

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導(dǎo)航： X技術(shù)> 最新專利>電氣元件制品的制造及其應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明涉及電容電池領(lǐng)域，特別是涉及一種水系可充鈉電池正極材料及以此為正極的鈉電池。

背景技術(shù)：

目前，電力供給主要還是靠資源型化石燃料，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的碳排放是目前地球溫室效應(yīng)的主要原因。而且，近年來隨著資源型燃料的日益減少，開發(fā)利用新能源成為新趨勢。太陽能、風(fēng)能以及潮汐能等都屬于可再生能源，而且這類新能源在使用過程中沒有有害物質(zhì)排放，安全環(huán)保。但是，這類能源存在的問題是都是間歇性能源，其產(chǎn)生的電能大小嚴(yán)重的以來天氣、季節(jié)、地點(diǎn)和時間等自然因素，這種特性使其無法在正常運(yùn)行的電網(wǎng)中使用。使用大規(guī)模儲能系統(tǒng)來存儲這些間歇性能源，并將其釋放接入電網(wǎng)是有效利用新能源的必要手段。同時，這類大規(guī)模儲能系統(tǒng)還可以平衡各類能源的應(yīng)用需求，提高社會整體能源的使用效率。

在現(xiàn)有大規(guī)模儲能方式中，二次電池技術(shù)由于其簡單、高效受到了廣泛的關(guān)注，成為目前研究、應(yīng)用的主流方。但是，現(xiàn)有的二次電池體系幾乎都很難滿足大規(guī)模儲電的應(yīng)用要求。傳統(tǒng)電池，例如鉛酸電池、鎘鎳電池等均還有大量的有害重金屬元素，大規(guī)模使用會造成環(huán)境污染；而鎳氫、全釩液電池中使用了昂貴的稀有金屬，使用成本較高。鋰離子電池目前發(fā)展迅速，是公認(rèn)的儲能技術(shù)的理想體系，但是鋰在地球中的資源儲量較少，難以長久使用。從實(shí)用性角度分析，適合大規(guī)模觸電應(yīng)用的二次電池體系必須具有資源廣泛、環(huán)境友好，成本低廉，安全可靠等特點(diǎn)；并且需要同時兼顧能量密度、功率密度等電化學(xué)性能指標(biāo)要求。近年來關(guān)于鈉離子電池的研究引起了較多的關(guān)注，鈉離子在地球上含量較高，而且價格低廉，但是適用鈉離子電池的電極材料有一定的研發(fā)難度。因此，研究一種穩(wěn)定的電極材料，制備一種高安全性，低成本，高電導(dǎo)性的鈉離子的電池具有較高的實(shí)用價值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種水系可充鈉電池正極材料及相應(yīng)的鈉電池，該正極材料制備方法簡單，原料廉價易得，比表面積較大，可以與電解質(zhì)溶液接觸的面積更大，性能穩(wěn)定。

本發(fā)明的另一目的是提供一種水系可充鈉電池。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種水系可充鈉電池正極材料，以重量份數(shù)計(jì)，包括以下組分：

Na_0.44Mn_0.9Ti_(0.1-y)M_yO 65-90份，導(dǎo)電劑9-30份，黏粘劑1-5份，

其中M為Al、Fe、Cu、Cr中的一種，其中0≤y＜0.1。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述導(dǎo)電劑為碳納米管，納米碳纖維，石墨烯或碳?xì)饽z中的一種。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述黏粘劑為聚偏氟乙烯，聚四氟乙烯，羥甲基纖維素或聚丙烯酸中的一種或多種混合物。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述Na_0.44Mn_0.9Ti_(0.1-y)M_yO的制備方法為：將Na₂CO₃，MnCO₃，Ti(NO₃)₄，以及M的前驅(qū)體，混合均勻，研磨，其中各組分的用量按照Na、Mn、Ti、M的摩爾比為0.4:0.9:(0.1-y):y進(jìn)行計(jì)算，之后加入NaCl繼續(xù)研磨攪拌均勻，然后在馬弗爐中以730℃的溫度中煅燒4-6h，冷卻至室溫后，用去離子水和無水乙醇分別洗滌后，烘干，即得所需Na_0.44Mn_0.9Ti_(0.1-y)M_yO，其中0≤y＜0.1；M的前驅(qū)體為Al(OH)₃、Fe(NO₃)₃、Cu(OH)₃或Cr(NO₃)₃中的一種。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述NaCl的投入量與Na₂CO₃的投入量摩爾比為1:12。

一種水系可充鈉電池，包含正極極片、負(fù)極極片和在兩個極片之間的隔膜，以及電解液；其中正極極片是由上述水系可充鈉電池正極材料制備而成；其中負(fù)極極片是由碳納米管65-90份、納米二氧化鈦9-30份和聚偏氟乙烯1-5份制備而成；其中負(fù)極材料和正極材料的質(zhì)量比為2。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述電解液為鈉離子濃度為0.5-10mol/L的鈉無機(jī)鹽溶液，其中鈉無機(jī)鹽為NaNO₃，NaCl，Na₂CO₃，Na₂SO₃，NaClO₄中的一種或多種混合物。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述隔膜為聚氯乙烯微孔膜、聚丙烯膜或玻璃纖維中的一種。

本發(fā)明具有以下有益效果，所制備正電極以Na_0.44Mn_0.9Ti_(0.1-y)M_yO為主要活性物質(zhì)，該材料比Na_0.44MnO具有更大的比表面積，在電池反應(yīng)過程中可以與電解質(zhì)溶液充分接觸，可以該電極材料釋放出更大的比容量并展現(xiàn)出出色的循環(huán)性。而且，該電極材料制備工藝較短，操作簡單，成本較低，十分適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。使用該正極材料制備的水系可充鈉電池，性能穩(wěn)定，功率密度高，循環(huán)壽命長并且安全環(huán)保，成本低廉。

具體實(shí)施方式

為了更好的理解本發(fā)明，下面通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明，實(shí)施例只用于解釋本發(fā)明，不會對本發(fā)明構(gòu)成任何的限定。

實(shí)施例1

一種水系可充鈉電池正極材料，以重量份數(shù)計(jì)，包括以下組分：

Na_0.44Mn_0.9Ti_(0.1-y)M_yO 65份，導(dǎo)電劑9份，黏粘劑1份，

其中M為Al，其中0≤y＜0.1。

所述導(dǎo)電劑為碳納米管，黏粘劑為聚偏氟乙烯。Na_0.44Mn_0.9Ti_(0.1-y)M_yO的制備方法為：將Na₂CO₃，MnCO₃，Ti(NO₃)₄，以及M的前驅(qū)體，混合均勻，研磨，其中各組分的用量按照Na、Mn、Ti、M的摩爾比為0.4:0.9:(0.1-y):y進(jìn)行計(jì)算，之后加入NaCl繼續(xù)研磨攪拌均勻，然后在馬弗爐中以730℃的溫度中煅燒4h，冷卻至室溫后，用去離子水和無水乙醇分別洗滌后，烘干，即得所需Na_0.44Mn_0.9Ti_(0.1-y)M_yO，其中0≤y＜0.1；M的前驅(qū)體為Al(OH)₃。所述NaCl的投入量與Na₂CO₃的投入量摩爾比為1:12。

實(shí)施例2

一種水系可充鈉電池正極材料，以重量份數(shù)計(jì)，包括以下組分：

Na_0.44Mn_0.9Ti_(0.1-y)M_yO 90份，導(dǎo)電劑30份，黏粘劑5份，

其中M為Fe，其中0≤y＜0.1。

所述導(dǎo)電劑為納米碳纖維，黏粘劑為聚偏氟乙烯，聚四氟乙烯，羥甲基纖維素，聚丙烯酸中的混合物。所述Na_0.44Mn_0.9Ti_(0.1-y)M_yO的制備方法為：將Na₂CO₃，MnCO₃，Ti(NO₃)₄，以及M的前驅(qū)體，混合均勻，研磨，其中各組分的用量按照Na、Mn、Ti、M的摩爾比為0.4:0.9:(0.1-y):y進(jìn)行計(jì)算，之后加入NaCl繼續(xù)研磨攪拌均勻，然后在馬弗爐中以730℃的溫度中煅燒6h，冷卻至室溫后，用去離子水和無水乙醇分別洗滌后，烘干，即得所需Na_0.44Mn_0.9Ti_(0.1-y)M_yO，其中0≤y＜0.1；M的前驅(qū)體為Fe(NO₃)₃。所述NaCl的投入量與Na₂CO₃的投入量摩爾比為1:12。

實(shí)施例3

一種水系可充鈉電池正極材料，以重量份數(shù)計(jì)，包括以下組分：

Na_0.44Mn_0.9Ti_(0.1-y)M_yO 80份，導(dǎo)電劑20份，黏粘劑3份，

其中M為Cu中的一種，其中0≤y＜0.1。

所述導(dǎo)電劑為石墨烯，黏粘劑為羥甲基纖維素。所述Na_0.44Mn_0.9Ti_(0.1-y)M_yO的制備方法為：將Na₂CO₃，MnCO₃，Ti(NO₃)₄，以及M的前驅(qū)體，混合均勻，研磨，其中各組分的用量按照Na、Mn、Ti、M的摩爾比為0.4:0.9:(0.1-y):y進(jìn)行計(jì)算，之后加入NaCl繼續(xù)研磨攪拌均勻，然后在馬弗爐中以730℃的溫度中煅燒5h，冷卻至室溫后，用去離子水和無水乙醇分別洗滌后，烘干，即得所需Na_0.44Mn_0.9Ti_(0.1-y)M_yO，其中0≤y＜0.1；M的前驅(qū)體為Cu(OH)₃。所述NaCl的投入量與Na₂CO₃的投入量摩爾比為1:12。

實(shí)施例4

一種水系可充鈉電池正極材料，以重量份數(shù)計(jì)，包括以下組分：

Na_0.44Mn_0.9Ti_(0.1-y)M_yO 65份，導(dǎo)電劑30份，黏粘劑1份，

其中M為Cr，其中0≤y＜0.1。

所述導(dǎo)電劑為碳?xì)饽z。所述黏粘劑為聚丙烯酸。所述Na_0.44Mn_0.9Ti_(0.1-y)M_yO的制備方法為：將Na₂CO₃，MnCO₃，Ti(NO₃)₄，以及M的前驅(qū)體，混合均勻，研磨，其中各組分的用量按照Na、Mn、Ti、M的摩爾比為0.4:0.9:(0.1-y):y進(jìn)行計(jì)算，之后加入NaCl繼續(xù)研磨攪拌均勻，然后在馬弗爐中以730℃的溫度中煅燒5h，冷卻至室溫后，用去離子水和無水乙醇分別洗滌后，烘干，即得所需Na_0.44Mn_0.9Ti_(0.1-y)M_yO，其中0≤y＜0.1；M的前驅(qū)體為Cr(NO₃)₃。所述NaCl的投入量與Na₂CO₃的投入量摩爾比為1:12。