【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本申請(qǐng)涉及一種復(fù)合補(bǔ)鈉材料及其制備方法、正極極片、電池及用電裝置。
技術(shù)介紹
1、近年來，電池被廣泛應(yīng)用于水力、火力、風(fēng)力和太陽能電站等儲(chǔ)能電源系統(tǒng)，以及電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車、電動(dòng)汽車、軍事裝備、航空航天等多個(gè)領(lǐng)域。目前，鋰電池仍占據(jù)電池的核心地位，同時(shí)鋰電池也面臨著極大的挑戰(zhàn)，如鋰資源日益緊缺。鈉資源儲(chǔ)量遠(yuǎn)比鋰資源豐富、分布更為廣泛、成本遠(yuǎn)比鋰低，因此鈉電池成為很有潛能替代鋰電池的新一代電化學(xué)體系。與鋰電池類似，鈉電池首次充電時(shí)，會(huì)在負(fù)極表面形成固體電解質(zhì)界(sei)膜，該過程會(huì)不可逆地消耗正極的活性鈉，由此降低了電池的首次放電容量和首次庫(kù)倫效率。對(duì)正極進(jìn)行補(bǔ)鈉是解決以上問題的有效方法之一。但是，目前使用的正極補(bǔ)鈉劑存在容量發(fā)揮差、容量利用率低等問題。上述的陳述僅用于提供與本申請(qǐng)有關(guān)的
技術(shù)介紹
信息，而不必然地構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N復(fù)合補(bǔ)鈉材料及其制備方法、正極極片、電池及用電裝置，復(fù)合補(bǔ)鈉材料具有低氧化電位、高理論容量和高容量利用率。
2、本申請(qǐng)第一方面提供一種復(fù)合補(bǔ)鈉材料，所述復(fù)合補(bǔ)鈉材料包括基體以及位于所述基體至少部分表面的碳包覆層，所述基體包括補(bǔ)鈉材料，所述碳包覆層包括無機(jī)碳材料以及有機(jī)物碳化材料。
3、所述補(bǔ)鈉材料包括式(i)、式(ii)所示化合物中的一種或多種，
4、
5、m表示1至8的整數(shù)，n表示2至20的整數(shù)。
6、本申請(qǐng)實(shí)施例提供的復(fù)合補(bǔ)鈉材料可具有低氧化電位、高理論
7、在任意實(shí)施例中，所述補(bǔ)鈉材料的質(zhì)量記為m1，所述無機(jī)碳材料的質(zhì)量記為m2，所述有機(jī)物碳化材料的質(zhì)量記為m3，m1:m2為(1-4):1，可選為(1-2):1；和/或，m3:(m1+m2)為(0.5-3):100，可選為(1-2):100。
8、通過調(diào)節(jié)m1:m2在上述范圍內(nèi)，有利于提升補(bǔ)鈉材料的電子電導(dǎo)率、降低補(bǔ)鈉材料的電荷轉(zhuǎn)移電阻和極化電阻，從而有利于降低補(bǔ)鈉材料的氧化電位，還有利于發(fā)揮補(bǔ)鈉材料的容量和提升補(bǔ)鈉材料的容量利用率。
9、通過調(diào)節(jié)m3:(m1+m2)在上述范圍內(nèi)，有利于提升碳包覆層的均勻性，由此有利于提升補(bǔ)鈉材料的電子電導(dǎo)率、降低補(bǔ)鈉材料的電荷轉(zhuǎn)移電阻和極化電阻，從而有利于降低補(bǔ)鈉材料的氧化電位，還有利于發(fā)揮補(bǔ)鈉材料的容量和提升補(bǔ)鈉材料的容量利用率。
10、在任意實(shí)施例中，所述復(fù)合補(bǔ)鈉材料25℃、20mpa下的粉末電阻率為0.2ω.cm-2ω.cm，可選為0.4ω.cm-1ω.cm。
11、在任意實(shí)施例中，所述復(fù)合補(bǔ)鈉材料的比表面積為3.8m2/g-7.1m2/g，可選為4.5m2/g-6.8m2/g。
12、在任意實(shí)施例中，所述復(fù)合補(bǔ)鈉材料的體積分布粒徑dv50為0.5μm-10μm，可選為1.5μm-7.6μm。復(fù)合補(bǔ)鈉材料的體積分布粒徑dv50在上述范圍內(nèi)時(shí)，復(fù)合補(bǔ)鈉材料可以具有較低的氧化電位，由此有利于發(fā)揮補(bǔ)鈉材料的容量和提升補(bǔ)鈉材料的容量利用率。
13、在任意實(shí)施例中，所述無機(jī)碳材料包括導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電石墨、科琴黑、乙炔黑、碳纖維、碳納米管、石墨烯、還原氧化石墨烯中的一種或多種。
14、在任意實(shí)施例中，形成所述有機(jī)物碳化材料的有機(jī)碳源包括淀粉、葡萄糖、果糖、麥芽糖、蔗糖、纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、環(huán)糊精、聚丙烯腈、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂中的一種或多種。
15、在任意實(shí)施例中，所述補(bǔ)鈉材料包括如下化合物中的一種或多種：
16、
17、
18、本申請(qǐng)第二方面提供一種復(fù)合補(bǔ)鈉材料的制備方法，包括如下步驟：將補(bǔ)鈉材料、無機(jī)碳材料、有機(jī)碳源混合得到混合物，將所得到的混合物在預(yù)設(shè)溫度、預(yù)設(shè)時(shí)間下燒結(jié)得到復(fù)合補(bǔ)鈉材料。
19、所述補(bǔ)鈉材料包括式(i)、式(ii)所示化合物中的一種或多種，
20、
21、m表示1至8的整數(shù)，n表示2至20的整數(shù)。
22、通過本申請(qǐng)實(shí)施例提供的制備方法制備得到的復(fù)合補(bǔ)鈉材料可具有低氧化電位、高理論容量和高容量利用率，將其應(yīng)用于電池的正極極片中，不會(huì)改變正極活性材料的電位，并且可以提升電池的首次放電容量和首次庫(kù)倫效率，還可以使電池具有高能量密度。另外，電池循環(huán)過程中會(huì)逐漸消耗活性鈉，復(fù)合補(bǔ)鈉材料還可以提供過量的活性鈉儲(chǔ)存在負(fù)極中，由此可以在電池循環(huán)過程彌補(bǔ)活性鈉損失，從而可以降低正極活性材料中的鈉離子過度脫出的概率，進(jìn)而可以提升正極活性材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，提升電池的循環(huán)穩(wěn)定性和循環(huán)壽命。
23、在任意實(shí)施例中，所述預(yù)設(shè)溫度為350℃-500℃，可選為380℃-480℃。燒結(jié)處理時(shí)的預(yù)設(shè)溫度在上述范圍內(nèi)，一方面可以使有機(jī)碳源碳化，并與無機(jī)碳材料一起在補(bǔ)鈉材料基體表面形成均勻且具有高電子電導(dǎo)率的碳包覆層，另一方面還可以減少補(bǔ)鈉材料分解。
24、在任意實(shí)施例中，所述預(yù)設(shè)時(shí)間為2h-5h，可選為2.5h-4h。燒結(jié)處理時(shí)的預(yù)設(shè)時(shí)間在上述范圍內(nèi)，一方面可以使有機(jī)碳源碳化，并與無機(jī)碳材料一起在補(bǔ)鈉材料基體表面形成均勻且具有高電子電導(dǎo)率的碳包覆層，另一方面還可以減少補(bǔ)鈉材料分解。
25、在任意實(shí)施例中，將補(bǔ)鈉材料、無機(jī)碳材料、有機(jī)碳源混合得到混合物的步驟包括以下步驟：將補(bǔ)鈉材料、無機(jī)碳材料采用干式研磨工藝研磨，得到中間體，之后將所得到的中間體與有機(jī)碳源混合進(jìn)行第二次干式研磨，得到混合物。
26、將補(bǔ)鈉材料、無機(jī)碳材料采用干式研磨工藝研磨處理后，一方面可以降低補(bǔ)鈉材料的顆粒尺寸，另一方面可以提高無機(jī)碳材料在補(bǔ)鈉材料顆粒表面的分散性，增加無機(jī)碳材料與補(bǔ)鈉材料顆粒的接觸位點(diǎn)。此外，將補(bǔ)鈉材料、無機(jī)碳材料采用干式研磨工藝研磨處理后，還可以減少無機(jī)碳材料的團(tuán)聚，并且還可以限制補(bǔ)鈉材料顆粒在燒結(jié)過程中出現(xiàn)晶粒快速生長(zhǎng)的問題。
27、在任意實(shí)施例中，將補(bǔ)鈉材料、無機(jī)碳材料采用干式研磨工藝研磨，得到中間體的步驟中，研磨時(shí)間為0.5h-5h，可選為0.6h-3h。
28、在任意實(shí)施例中，將補(bǔ)鈉材料、無機(jī)碳材料采用干式研磨工藝研磨，得到中間體的步驟中，研磨轉(zhuǎn)速為200r/min-600r/min，可選為300r/min-500r/min。
29、在任意實(shí)施例中，將補(bǔ)鈉材料、無機(jī)碳材料采用干式研磨工藝研磨，得到中間體的步驟中，所得到的中間體的體積分布粒徑dv50小于等于20μm，可選為1.5μm-10μm。
30、在任意本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種復(fù)合補(bǔ)鈉材料，其特征在于，所述復(fù)合補(bǔ)鈉材料包括基體以及位于所述基體至少部分表面的碳包覆層，所述基體包括補(bǔ)鈉材料，所述碳包覆層包括無機(jī)碳材料以及有機(jī)物碳化材料；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合補(bǔ)鈉材料，其特征在于，所述補(bǔ)鈉材料的質(zhì)量記為m1，所述無機(jī)碳材料的質(zhì)量記為m2，所述有機(jī)物碳化材料的質(zhì)量記為m3，
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)所述的復(fù)合補(bǔ)鈉材料，其特征在于，
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的復(fù)合補(bǔ)鈉材料，其特征在于，
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的復(fù)合補(bǔ)鈉材料，其特征在于，所述補(bǔ)鈉材料包括如下化合物中的一種或多種：
6.一種復(fù)合補(bǔ)鈉材料的制備方法，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，
8.根據(jù)權(quán)利要求6-7任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，將補(bǔ)鈉材料、無機(jī)碳材料、有機(jī)碳源混合得到混合物的步驟包括以下步驟：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，將補(bǔ)鈉材料、無機(jī)碳材料采用干式研磨工藝研磨，得到中間體的步驟中，
1
11.根據(jù)權(quán)利要求6-10任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法還包括步驟：將在預(yù)設(shè)溫度、預(yù)設(shè)時(shí)間下燒結(jié)得到復(fù)合補(bǔ)鈉材料進(jìn)行研磨、篩分處理。
12.根據(jù)權(quán)利要求6-11任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，
13.根據(jù)權(quán)利要求6-12任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，
14.一種正極極片，包括正極集流體以及設(shè)置在所述正極集流體至少一個(gè)表面上的正極膜層，其特征在于，所述正極膜層包括權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的復(fù)合補(bǔ)鈉材料或通過權(quán)利要求6-13任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的復(fù)合補(bǔ)鈉材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的正極極片，其特征在于，所述正極膜層中的所述復(fù)合補(bǔ)鈉材料的重量含量為0.1％-5％，可選為0.5％-3％，基于所述正極膜層的總重量計(jì)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14-15任一項(xiàng)所述的正極極片，其特征在于，所述正極膜層還包括正極活性材料，所述正極活性材料包括層狀過渡金屬氧化物、聚陰離子材料、普魯士類材料中的一種或多種。
17.一種電池，其特征在于，包括權(quán)利要求14-16任一項(xiàng)所述的正極極片。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池，其特征在于，所述電池包括鈉離子電池、鈉金屬電池、無負(fù)極鈉電池中的一種或多種。
19.一種用電裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求17-18任一項(xiàng)所述的電池，所述電池用于提供電能。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種復(fù)合補(bǔ)鈉材料，其特征在于，所述復(fù)合補(bǔ)鈉材料包括基體以及位于所述基體至少部分表面的碳包覆層，所述基體包括補(bǔ)鈉材料，所述碳包覆層包括無機(jī)碳材料以及有機(jī)物碳化材料；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合補(bǔ)鈉材料，其特征在于，所述補(bǔ)鈉材料的質(zhì)量記為m1，所述無機(jī)碳材料的質(zhì)量記為m2，所述有機(jī)物碳化材料的質(zhì)量記為m3，
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)所述的復(fù)合補(bǔ)鈉材料，其特征在于，
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的復(fù)合補(bǔ)鈉材料，其特征在于，
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的復(fù)合補(bǔ)鈉材料，其特征在于，所述補(bǔ)鈉材料包括如下化合物中的一種或多種：
6.一種復(fù)合補(bǔ)鈉材料的制備方法，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，
8.根據(jù)權(quán)利要求6-7任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，將補(bǔ)鈉材料、無機(jī)碳材料、有機(jī)碳源混合得到混合物的步驟包括以下步驟：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，將補(bǔ)鈉材料、無機(jī)碳材料采用干式研磨工藝研磨，得到中間體的步驟中，
10.根據(jù)權(quán)利要求8-9任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，將所得到的中間體與有機(jī)碳源混合進(jìn)行第二次干式研磨的步驟中，
11.根據(jù)權(quán)利要求6-10任一項(xiàng)所述的制備方...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：許躍，楊惠玲，秦猛，官英杰，溫嚴(yán)，黃起森，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：寧德時(shí)代新能源科技股份有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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