本發(fā)明涉及電池生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鈉離子電池正極片及其制備方法。

背景技術(shù)：

在眾多儲能技術(shù)中，鋰離子電池由于具有高能量密度、高安全性能、長循環(huán)性能和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、筆記本電腦，電動汽車等方面。而隨著電動汽車的大規(guī)模應(yīng)用，鋰的需求量必然增加。而鋰資源的儲量有限，并且在地球上的分布不均勻，如果繼續(xù)選擇鋰離子電池作為大規(guī)模儲能器件，必然會增加成本。鈉離子電池具有與鋰離子電池類似的充放電原理，且鈉原子與鋰原子具有非常類似的物理化學(xué)性質(zhì)，最重要的是鈉資源非常豐富，在地殼中有2.74％的儲量，且分布廣泛，提煉成本低，雖然鈉離子電池在性能上滿足不了電動汽車，但在大規(guī)模儲能系統(tǒng)，可移動式充電樁和低速電動車方面可以找到鈉離子電池的生存和發(fā)展空間，所以發(fā)展鈉離子電池對于大規(guī)模儲能系統(tǒng)具有非常重要的意義。

目前鈉離子電池正極片及其制備方法主要借用了鋰離子電池正極片的制備方法，一般采用油系勻漿涂布工藝，以nmp(n-甲基吡咯烷酮)為溶劑制備活性物質(zhì)漿料，然后經(jīng)涂布、烘干等工序制成極片，溶劑的使用量為固體物料重量的30％-60％。該工藝由于使用了大量的有機(jī)溶劑nmp，成本較高，并且在極片涂布、烘干過程中nmp揮發(fā)到空氣中會危害操作人員身體健康，并污染環(huán)境。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種低成本、綠色環(huán)保的鈉離子電池正極片。由于該正極片僅使用了少量水系溶劑，與目前普遍采用的nmp油系勻漿涂布工藝相比，可降低了鈉離子電池的生產(chǎn)成本，并且可以減少有機(jī)氣體排放，有利于環(huán)境保護(hù)。同時(shí)采用本發(fā)明提供的鈉離子電池正極片制造的電池各項(xiàng)性能參數(shù)如首次效率、循環(huán)壽命等均表現(xiàn)優(yōu)異。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案：

一種鈉離子電池正極片，包括正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、集流體、附加溶劑，所述附加溶劑為水系溶劑。

作為上述方案的優(yōu)選，所述的正極活性物質(zhì)的化學(xué)式為naxmo2，其中0.6≤x≤1.0，m是鎂、鋁、鈦、鉻、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鉬、銀、鋇、鎢、錫、鉛、銻中的一種或多種。

作為上述方案的優(yōu)選，所述的導(dǎo)電劑為碳黑、乙炔黑、碳納米管、導(dǎo)電石墨中的一種或多種；所述的粘結(jié)劑為聚四氟乙烯乳液、聚丙烯酸中的一種或多種。

作為上述方案的優(yōu)選，所述的集流體為鋁箔或鋁網(wǎng)或沖孔鋁帶。

作為上述方案的優(yōu)選，所述的附加溶劑為去離子水和無水乙醇的混合物，去離子水和無水乙醇的重量比為1：(0.1～0.5)。

作為上述方案的優(yōu)選，所述的正極活性物質(zhì)：導(dǎo)電劑：粘結(jié)劑：附加溶劑重量比為(90～97)：(1～3)：(2～7)：(5～25)。

本發(fā)明還提供一種鈉離子電池正極片的制備方法，具體步驟如下：

步驟s1備料：根據(jù)上述任一項(xiàng)鈉離子電池正極片進(jìn)行原料準(zhǔn)備，所述原料包括正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、集流體、附加溶劑；

步驟s2干混：將步驟s1準(zhǔn)備好的正極活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑放入高速真空攪拌機(jī)中，真空攪拌；

步驟s3制膏：將粘結(jié)劑、附加溶劑混合均勻后加入步驟s2制備好的粉料中，進(jìn)行真空攪拌；

步驟s4纖維化：將步驟s3制得的膏體置于烘箱內(nèi)纖維化，纖維化溫度為150～180℃，纖維化保溫時(shí)間為12～24h；

步驟s5輥軋：將步驟s4纖維化后的膏體與集流體通過精軋機(jī)壓制成極片；

步驟s6制片：將步驟s5制得的極片整形、分切。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明提供的一種鈉離子電池正極片的制備方法的工藝流程圖；

圖2為實(shí)施例1中的電池a1與對比例中的電池b1的循環(huán)性能測試曲線。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

對比例1

(1)正極片制備

將100重量份的溶劑n-甲基毗咯烷酮(nmp)加入攪拌機(jī)中，然后加入3重量份的導(dǎo)電劑乙炔黑、3重量份的粘結(jié)劑聚偏氟乙烯粉末，真空攪拌時(shí)間為2h，得到導(dǎo)電劑漿料，然后加入94重量份的正極活性材料na[cu1/3fe1/3mn1/3]o2，攪拌時(shí)間為3h，制成鈉離子電池的正極漿料。將所得的正極漿料采用拉漿的方式均勻涂布在20μm厚鋁箔上，經(jīng)烘干輥軋分切除粉點(diǎn)焊極耳后制成普通正極片。采用該正極片制備的電池編號為b1。

(2)負(fù)極片制備

將94重量份的負(fù)極活性物質(zhì)軟碳、3重量份的粘合劑丁苯橡膠，3重量份的羧甲基纖維素鈉加入到100重量份的水中，然后在真空攪拌機(jī)中攪拌形成穩(wěn)定、均一的負(fù)極漿料。將該負(fù)極漿料均勻地涂布在銅箔上，經(jīng)烘干輥軋分切除粉點(diǎn)焊極耳后制成負(fù)極片。

(3)電池制備

將上述實(shí)施例和對比例中的正極片，20μm厚的聚丙烯隔膜，負(fù)極片依次層疊成電極組，裝入電池殼中，將1mol/l的napf6電解液以9g/ah的量注入電池殼中，密封制成軟包裝鈉離子電池。

實(shí)施例1

將2重量份的導(dǎo)電劑碳黑和94.4重量份的正極活性材料na[cu1/3fe1/3mn1/3]o2放入高速真空攪拌機(jī)中，以100r/min攪拌60min，進(jìn)行干混攪拌；將6重量份的60％聚四氟乙烯乳液(ptfe)，10重量份的去離子水和5重量份的無水乙醇三者混合攪拌均勻后加入高速真空攪拌機(jī)中，進(jìn)行真空攪拌，攪拌速度為200r/min，攪拌時(shí)間為60min，真空度為-0.085mpa。將攪拌完成后的漿料通過給料機(jī)和軋機(jī)粘合到50μm厚的鋁網(wǎng)上，壓力為0.5mpa；將上有漿料的鋁網(wǎng)置于烘箱內(nèi)纖維化，纖維化溫度為165℃，纖維化保溫時(shí)間為18h。然后將纖維化后的正極鋁網(wǎng)通過精軋機(jī)進(jìn)行整形輥扎，經(jīng)分切除粉點(diǎn)焊極耳后制成正極片。負(fù)極片與電池制備方法與對比例相同，電池編號為a1。

實(shí)施例2

將1重量份的導(dǎo)電劑碳黑和96重量份的正極活性材料na[cu1/3fe1/3mn1/3]o2放入高速真空攪拌機(jī)中，以100r/min攪拌50min，進(jìn)行干混攪拌；將5重量份的60％聚四氟乙烯乳液，4重量份的去離子水和2重量份的無水乙醇三者混合攪拌均勻后加入到高速真空攪拌機(jī)中，進(jìn)行真空攪拌，攪拌速度為200r/min，攪拌時(shí)間為100min。將攪拌完成后的漿料通過給料機(jī)和軋機(jī)粘合到50μm厚的鋁網(wǎng)上；將上有漿料的鋁網(wǎng)置于烘箱內(nèi)纖維化，纖維化溫度為150℃，纖維化保溫時(shí)間為24h。然后將纖維化后的正極鋁網(wǎng)通過精軋機(jī)進(jìn)行整形輥扎，經(jīng)分切除粉點(diǎn)焊極耳后制成正極片。負(fù)極片與電池制備方法與對比例相同，電池編號為a2。

實(shí)施例3

將3重量份的導(dǎo)電劑碳黑和90.4重量份的正極活性材料na[cu1/3fe1/3mn1/3]o2放入高速真空攪拌機(jī)中，以100r/min攪拌70min，進(jìn)行干混攪拌；將11重量份的60％聚四氟乙烯乳液，16重量份的去離子水和8重量份的無水乙醇三者混合攪拌均勻后加入到高速真空攪拌機(jī)中，進(jìn)行真空攪拌，攪拌速度為200r/min，攪拌時(shí)間為60min。將攪拌完成后的漿料通過給料機(jī)和軋機(jī)粘合到50μm厚的鋁網(wǎng)上；將上有漿料的鋁網(wǎng)置于烘箱內(nèi)纖維化，纖維化溫度為180℃，纖維化保溫時(shí)間為12h。然后將纖維化后的正極鋁網(wǎng)通過精軋機(jī)進(jìn)行整形輥扎，經(jīng)分切除粉點(diǎn)焊極耳后制成正極片。負(fù)極片與電池制備方法與對比例相同，電池編號為a3。

實(shí)施例4

將2重量份的導(dǎo)電劑碳黑和92重量份的正極活性材料na[cu1/3fe1/3mn1/3]o2放入高速真空攪拌機(jī)中，以100r/min攪拌50min，進(jìn)行干混攪拌；將10重量份的60％聚四氟乙烯乳液(ptfe)，10重量份的去離子水和1重量份的無水乙醇三者混合攪拌均勻后加入到高速真空攪拌機(jī)中，進(jìn)行真空攪拌，攪拌速度為200r/min，攪拌時(shí)間為90min。將攪拌完成后的漿料通過給料機(jī)和軋機(jī)粘合到50μm厚的鋁網(wǎng)上；將上有漿料的鋁網(wǎng)置于烘箱內(nèi)纖維化，纖維化溫度為170℃，纖維化保溫時(shí)間為18h。然后將纖維化后的正極鋁網(wǎng)通過精軋機(jī)進(jìn)行整形輥扎，經(jīng)分切除粉點(diǎn)焊極耳后制成正極片。負(fù)極片與電池制備方法與對比例相同，電池編號為a4。

實(shí)施例5

將1.5重量份的導(dǎo)電劑碳黑和95.5重量份的正極活性材料na[cu1/3fe1/3mn1/3]o2放入高速真空攪拌機(jī)中，以100r/min攪拌50min，進(jìn)行干混攪拌；將5重量份的60％聚四氟乙烯乳液(ptfe)，10重量份的去離子水和2.5重量份的無水乙醇三者混合攪拌均勻后加入到高速真空攪拌機(jī)中，進(jìn)行真空攪拌，攪拌速度為200r/min，攪拌時(shí)間為100min。將攪拌完成后的漿料通過給料機(jī)和軋機(jī)粘合到50μm厚的鋁網(wǎng)上；將上有漿料的鋁網(wǎng)置于烘箱內(nèi)纖維化，纖維化溫度為175℃，纖維化保溫時(shí)間為16h。然后將纖維化后的正極鋁網(wǎng)通過精軋機(jī)進(jìn)行整形輥扎，經(jīng)分切除粉點(diǎn)焊極耳后制成正極片。負(fù)極片與電池制備方法與對比例相同，電池編號為a5。

實(shí)施例6

將2.4重量份的導(dǎo)電劑碳黑和94重量份的正極活性材料na[cu1/3fe1/3mn1/3]o2放入高速真空攪拌機(jī)中，以100r/min攪拌60min，進(jìn)行干混攪拌；將6重量份的60％聚四氟乙烯乳液(ptfe)，10重量份的去離子水和4重量份的無水乙醇三者混合攪拌均勻后加入到加入高速真空攪拌機(jī)中，進(jìn)行真空攪拌，攪拌速度為200r/min，攪拌時(shí)間為120min。將攪拌完成后的漿料通過給料機(jī)和軋機(jī)粘合到50μm厚的鋁網(wǎng)上；將上有漿料的鋁網(wǎng)置于烘箱內(nèi)纖維化，纖維化溫度為180℃，纖維化保溫時(shí)間為14h。然后將纖維化后的正極鋁網(wǎng)通過精軋機(jī)進(jìn)行整形輥扎，經(jīng)分切除粉點(diǎn)焊極耳后制成正極片。負(fù)極片與電池制備方法與對比例相同，電池編號為a6。

性能測試方法：

1)放電容量測試

在25℃條件下，以恒流充電方式進(jìn)行充電，限制電流為0.1c(100ma)，終止電壓為4.0伏；然后再以恒流放電方式進(jìn)行放電，放電電流為0.1c(100ma)，放電的截止電壓為1.5伏，得到電池在室溫下，以0.1c電流放電至1.5伏的首次放電容量。結(jié)果如表1所示。

2)循環(huán)性能測試

在25℃條件下，將電池分別以0.1c電流充電至4.0伏，然后擱置5分鐘；電池以0.1c電流放電至1.5伏，擱置5分鐘。重復(fù)以上步驟100次，得到電池100次循環(huán)后0.1c電流放電至1.5伏的容量，由下式計(jì)算循環(huán)前后容量維持率：

容量維持率＝(第100次循環(huán)放電容量/首次循環(huán)放電容量)×100％

結(jié)果如表1與圖2所示。

表1電性能測試

從表1中實(shí)例1-6與對比例1的數(shù)據(jù)可知，采用本發(fā)明正極片制備的電池首次效率有了明顯的提高，首次放電容量、循環(huán)性能與目前廣泛采用的勻漿涂布工藝相當(dāng)。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。