钠离子电池电极极片的制作方法、半固态钠离子电池与流程

1.本发明涉及钠离子电池技术领域，尤其涉及一种钠离子电池电极极片的制作方法、半固态钠离子电池。


背景技术：

2.在当前技术中，钠离子电池是钠离子在正极和负极之间迁移的电池。由于na与li相比丰富地存在，因此，钠离子电池与锂离子电池相比具有易于实现低成本化的优点。
3.一般而言，钠离子电池具有含有正极活性物质的正极活性物质层、含有负极活性物质的负极活性物质层、和形成于正极活性物质层与负极活性物质层之间的电解质层。
4.现有技术文献，专利文献1：日本特开2009-117259号公报、专利文献2：日本特开2011-049126号公报、专利文献3：日本特开2007-048682号公报；非专利文献1：n.d.trinh et al.,“synthesis,characterization and electrochemical studies of active materials for sodium ion batteries”, ecs transactions,35(32)91-98(2011)非专利文献2：j.c.perez-flores et al.,“on the mechanism of lithium insertion into a2ti6o13(a=na,li)”,ecs transactions,41 (41)195-206(2012)作为钠离子电池中使用的负极活性物质，已知na2ti6o13。例如非专利文献1中公开了使用na2ti6o13为负极活性物质的钠离子电池。另外，虽然不是钠离子电池，但是非专利文献2中公开了使用na2ti6o13为负极活性物质的锂离子电池。同样的记载也记载于专利文献1的现有技术中。另外，专利文献2中公开了使用钛酸锂（li4ti5o12）为负极活性物质的钠离子电池。另外，专利文献3中公开了利用球磨机将活性物质和碳材料复合化。
5.非专利文献1中公开了使用na2ti6o13为负极活性物质的钠离子电池。然而，如figure8所记载，该电池的初次充放电效率低至约为27%，可逆容量也低至约20mah/g。
6.目前的固态电池，按照材料类型划分主要分为：
①
聚合物固态电池；
②
氧化物固态电池；
③
硫化物固态电池。其中，氧化物的稳定性较好，但电解质电导率低下，无法和传统电解液达到同一水平；硫化物电解质的电导率虽高，但在水和空气中很不稳定会产生硫化氢气体，对人体伤害非常大；而聚合物电解质的电导率较高、材料密度较低，且对空气水分要求不高，工艺生产简单，称为应用较广的电解质材料。
7.固态电池从制备方法上，又可以划分为半固态电池和全固态电池。其中，全固态电池正负极隔膜之间是固固接触，所以na 传导阻力较大，其性能很难达到传统液态电池的水准；而半固态电池作为传统液态电池到全固态电池中间的过渡态，无论在制备的可操作性上，还是电池的倍率性能、循环性能都与传统液态电池十分接近，且安全性能更是优于传统液态电池。
8.而硅负极具有很高的理论比容量(可达到4200mah/g)，但其也存在很严重的体积膨胀问题，且首次可逆容量较低，这是由于硅在充放电过程中与钠离子形成合金化，大部分的钠离子进入后很难脱出，就造成首次可逆容量降低，所以，对负极材料补充钠离子是提高
首次可逆容量的关键。
9.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

10.为了满足上述要求，本发明的第一个目的在于提供一种钠离子电池电极极片的制作方法，包括：向反应釜中加入乙二醇一丁醚，将自由基引发剂加入到丙烯酸酯单体混合物中溶解均匀后滴入所述反应釜中；以高分子材料作为骨架材料，嵌入钠盐后制得聚合物电解质；将所述聚合物电解质溶解于所述反应釜中，依次加热、烘干、抽真空，去除反应溶剂，得到离子型导电聚合物；使用所述离子型导电聚合物制备外壳，包裹电极材料形成核壳材料；将含所述核壳材料的增稠剂粉末过筛来得到所述增稠剂粉末的筛通过部分，和通过将电极活性物质、水系粘合剂、所述筛通过部分以及水系媒体混合来调制水系电极浆料；对所述涂布后的极片进行热辊压处理，以获得所述电极极片。
11.根据本发明的实施例，所述向反应釜中加入乙二醇一丁醚的步骤包括，使所述反应釜内部升温至70℃～100℃。
12.根据本发明的实施例，所述将所述聚合物电解质溶解于所述反应釜中的步骤包括，反应温度50℃～55℃。
13.根据本发明的实施例，所述去除反应溶剂的步骤之前包括，在70℃～75℃干燥20小时。
14.根据本发明的实施例，当所述方法制造正极极片，所述电极材料包括普鲁士白、层状氧化物钠离子化合物的任一项或多项。
15.根据本发明的实施例，当所述方法制造负极极片，所述电极材料包括硬碳、软碳的任一项或多项组合。
16.根据本发明的实施例，所述对所述涂布后的极片进行热辊压处理的步骤包括，使所述离子导电聚合物融化形成钠离子导电网络。
17.根据本发明的实施例，所述对所述涂布后的极片进行热辊压处理的步骤包括，使核壳材料均匀地分布在电极极片中。
18.在另一方面，本发明的第二个目的在于提出一种半固态钠离子电池，包括基于上述任一项所述的制作方法制作的正极极片与负极极片。
19.根据本发明的实施例，所述电池为正极极片-半固态电解质材料-负极极片的层状结构。
20.相比于现有技术,本发明的有益效果在于：本技术提出的钠电池电极极片的制造方法，其电极极片中的聚合物电解质均匀地分散且压实密度更高，保证了电极极片内钠离子的正常迁移，从而使半固态电池的首次可逆容量更高。
21.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
22.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
23.图1是本发明一种钠离子电池电极极片的制作方法的流程示意图。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
26.实施例一如图1所示，本实施例提出了一种钠离子电池电极极片的制作方法，具体包括：向反应釜中加入乙二醇一丁醚，使所述反应釜内部升温至75℃，将自由基引发剂加入到丙烯酸酯单体混合物中溶解均匀后滴入所述反应釜中，反应温度53℃；以高分子材料作为骨架材料，嵌入钠盐后制得聚合物电解质；将所述聚合物电解质溶解于所述反应釜中，依次加热、烘干、抽真空，在72℃干燥20小时，去除反应溶剂，得到离子型导电聚合物；使用所述离子型导电聚合物制备外壳，包裹电极材料形成核壳材料；将含所述核壳材料的增稠剂粉末过筛来得到所述增稠剂粉末的筛通过部分，和通过将电极活性物质、水系粘合剂、所述筛通过部分以及水系媒体混合来调制水系电极浆料；对所述涂布后的极片进行热辊压处理，所使核壳材料均匀地分布在电极极片中，进而使所述离子导电聚合物融化形成钠离子导电网络，以获得所述电极极片。
27.其中，当所述方法制造正极极片，所述电极材料包括普鲁士白。当所述方法制造负极极片，所述电极材料包括硬碳。
28.实施例二一种钠离子电池电极极片的制作方法，包括：向反应釜中加入乙二醇一丁醚，使所述反应釜内部升温至80℃，将自由基引发剂加入到丙烯酸酯单体混合物中溶解均匀后滴入所述反应釜中，反应温度54℃；以高分子材料作为骨架材料，嵌入钠盐后制得聚合物电解质；将所述聚合物电解质溶解于所述反应釜中，依次加热、烘干、抽真空，在73℃干燥18小时，去除反应溶剂，得到离子型导电聚合物；使用所述离子型导电聚合物制备外壳，包裹电极材料形成核壳材料；将含所述核壳材料的增稠剂粉末过筛来得到所述增稠剂粉末的筛通过部分，和通过将电极活性物质、水系粘合剂、所述筛通过部分以及水系媒体混合来调制水系电极浆料；对所述涂布后的极片进行热辊压处理，所使核壳材料均匀地分布在电极极片中，进而使所述离子导电聚合物融化形成钠离
子导电网络，以获得所述电极极片。
29.其中，当所述方法制造正极极片，所述电极材料包括层状氧化物钠离子化合物。当所述方法制造负极极片，所述电极材料包括软碳。
30.需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，上述电子模块的具体实现过程，可以参考前述方法实施例中的相应描述，为了描述的方便和简洁，在此不再赘述。
31.本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。
32.对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其他各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变应该属于本发明权利要求的保护范围之内。