[发明专利]一种钠电池及其正极材料、正极片的制备方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及电池制备技术领域，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。

背景技术

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。

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。

发明内容

本发明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。

为解决上述问题，本发明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：

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。

优选地，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。

优选地，所述第一混合溶液中NH₄OH：H₂O：无水乙醇＝6：20：140。

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：

将HF溶液稀释后加入所述碳球，充分搅拌后清洗并干燥。

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：

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；

惰性气体氛围煅烧，研磨得到所述正极材料。

优选地，所述惰性气体氛围煅烧为：

在氩气氛围下以250℃，3℃/min的升温速率煅烧4小时。

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。

根据本发明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：

制作混合有包括上述正极材料、粘结剂和导电剂的浆料；

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。