[发明专利]一种钠电池用铁基磷酸盐正极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种钠电池用铁基磷酸盐正极及其制备方法和应用，正极包括集流体层和涂覆在集流体层上的电极浆料层，电极浆料层原料包括导电剂、粘结剂和活性材料，活性材料为包含磷酸铁锂和铁基磷酸钠的混合型铁基磷酸盐活性材料，磷酸铁锂为碳包覆的磷酸铁锂，电极浆料层厚度大于100μm且不大于300μm。本发明的正极突破了现有技术中铁基磷酸钠正极材料在制备厚电极时需要牺牲电极压实密度和能量密度为代价的偏见，显著改善了正极的导电性，在电极浆料层厚度大于100μm时，面积比容量为3mAh/cm²～10mAh/cm²，具有更高的面容量负载。采用该正极的钠电池具有能量密度高、无金属钠析出、安全性高、循环性能好的优点。

技术领域

本发明涉及钠离子电池材料领域，尤其涉及一种钠电池用铁基磷酸盐正极及其制备方法和应用。

背景技术

铁基磷酸盐钠离子电池正极材料具有低成本和来源丰富的特性，非常契合钠离子电池发展的初衷。但是铁基磷酸盐钠离子电池正极材料的导电性较差，往往需要通过碳包覆来解决导电性差的问题。由于铁基磷酸钠(Na_a+2bFe_a+b(PO₄)_a(P₂O₇)_b的合成温度较低(一般低于600℃)，难以在其表面形成导电性优良的原位包覆碳，因此其导电性较差。通过涂布工艺制备厚电极(大于100μm)，其电化学性能差；为了正常发挥(Na_a+2bFe_a+b(PO₄)_a(P₂O₇)_b的电化学性能，通常正极的涂覆厚度受限(需小于100μm)，导致正极的面容量负载较低(大约2mAh/cm²)。如果为了提高(Na_a+2bFe_a+b(PO₄)_a(P₂O₇)_b正极的导电性，加入过多的导电碳，会导致电极的压实密度下降，电芯的能量密度也会降低。

钠离子电池在重复充放电过程中，尤其是在负极低电位区嵌钠时，有金属钠在负极析出的安全隐患。因此，改善钠离子电池的安全性能极为重要。目前，常规的改善手段之一是控制钠离子电池的充放电截止电位，以牺牲负极低电位区嵌钠容量为代价，防止金属钠在负极析出。也有通过调节电池中N/P比的方法，确保负极材料过量，防止金属钠析出，也意味着一部分负极材料无法贡献出电池容量。上述这些方法的缺点是均降低了钠离子电池的能量密度。

综上，现有技术中，钠离子电池正极材料导电性能差，现有方法改善导电性能则会降低能量密度，无法制备电化学性能优异的厚电极，导致正极的面容量负载低。并且钠离子电池在重复充放电过程中，易在负极析出金属钠，金属钠与电解液反应产生气体，导致电池产生鼓包现象，安全性差循环性能差，采用现有的手段防止金属钠析出，同样也是以牺牲钠离子电池能量密度为代价，难以两全。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，提供一种具有更高厚度、具有高面积比容量负载、电化学性能好的钠电池用铁基磷酸盐正极，及采用该铁基磷酸盐正极的钠电池，该钠电池具有能量密度高、无金属钠析出、安全性高、循环性能好的优点。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种钠电池用铁基磷酸盐正极，包括集流体层和电极浆料层，电极浆料层涂覆在集流体层上，所述电极浆料层原料包括导电剂、粘结剂和活性材料，所述活性材料为包含磷酸铁锂和铁基磷酸钠的混合型铁基磷酸盐活性材料，所述磷酸铁锂为碳包覆的磷酸铁锂，所述电极浆料层厚度大于100μm且不大于300μm。

作为对上述技术方案的进一步改进：

所述钠电池用铁基磷酸盐正极面积比容量为3mAh/cm²～10mAh/cm²。