一種鈉離子電池電極及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電極材料領(lǐng)域，尤其涉及一種鈉離子電池電極及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池已在便攜式電子設(shè)備、中大型儲(chǔ)能設(shè)備和電動(dòng)汽車方法得到一定的應(yīng)用，尤其近年其在大型儲(chǔ)能設(shè)備和電動(dòng)汽車方面的應(yīng)用研究獲得了爆發(fā)式的增長(zhǎng)。但隨著鋰離子電池現(xiàn)在以及未來可預(yù)見的大規(guī)模應(yīng)用，鋰資源有限的問題也逐漸凸顯，一定程度上限制了鋰離子電池的發(fā)展。而鈉離子電池由于其資源豐富，成本較低，與鋰離子電池具有相似的電化學(xué)性質(zhì)，近年獲得了廣泛的關(guān)注。
[0003]但是，由于鈉離子直徑比鋰離子直徑大，需要更大的離子通道從而有效的實(shí)現(xiàn)鈉離子的可逆遷移能力和快速遷移能力，因此，鈉離子電池仍然存在充放電容量較低，循環(huán)性能較差，倍率性能較差的現(xiàn)狀。
[0004]目前，鈉離子電池正極已有一定的發(fā)展，提出了如磷酸系NaFePO4,層狀構(gòu)型的P2-Na2/3Ni1/3Mn2/302、錳酸鈉和鈷酸鈉等正極材料；負(fù)極材料的研究也日漸增多，硬碳、Na2Ti307、Sn/C和FeS負(fù)極的性能也不斷的優(yōu)化。然而，鈉離子電池的電極構(gòu)造的設(shè)計(jì)卻較少見報(bào)道，而電極結(jié)構(gòu)也是影響鈉離子電池性能的另一重要因素。目前行業(yè)內(nèi)普遍采用的鈉離子電池電極的制備工藝與鋰離子電池電極的制備工藝基本雷同，在電極的制備過程中都需要用到粘結(jié)劑和集流體，由于粘結(jié)劑本身不導(dǎo)電，對(duì)電極的導(dǎo)電性、倍率性能和循環(huán)性能會(huì)有一定的負(fù)面影響。
[0005]因此，如何設(shè)計(jì)合適的電極結(jié)構(gòu)，通過簡(jiǎn)單的步驟制備具有優(yōu)異電化學(xué)性能的電極，是本領(lǐng)域技術(shù)人員的重要攻關(guān)方向之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于克服了現(xiàn)有技術(shù)中鈉離子電池電極的電化學(xué)性能不佳，倍率性能和循環(huán)性能不好等缺陷，提供一種鈉離子電池電極及其制備方法。本發(fā)明的鈉離子電池電極具有優(yōu)異的充放電性能和倍率性能，循環(huán)性能佳，所述的鈉離子電池電極的制備方法工藝簡(jiǎn)單，制備周期短，所制得的產(chǎn)品性能穩(wěn)定，批次之間無差異。
[0007]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題。
[0008]本發(fā)明提供了一種鈉離子電池電極的制備方法，其包括下述步驟:
[0009](I)將石墨烯、活性材料和乙醇混合，超聲分散，得分散料液；其中，所述石墨烯和所述活性材料的質(zhì)量比為1:9-5:5 ;所述活性材料為下述組分I或組分II ;所述的組分I為Na273N i i/3Mn2/302、Na3N i Zr (PO4) 3、NaFeO2、NaL i ?.2Ni ?.25Μηα 7502、Na3V2 (PO4) 3、NaFePO4、NaMntl.4402、NaxCoO2 JahNia5Mna5O2JaTi2(PO4)3和普魯士藍(lán)類材料中的一種或多種，其中，O < χ < I,O < y < I ;所述的組分II為硬碳，Na2Ti307、Na2C8H404、Sn/C和FeS中的一種或多種；
[0010](2)將所述分散料液通過微孔濾膜進(jìn)行抽濾，得復(fù)合材料；
[0011](3)將所述復(fù)合材料干燥，即得。
[0012]步驟(I)中，按本領(lǐng)域常識(shí)，當(dāng)所述活性材料為所述組分I時(shí)，所制得的鈉離子電池電極為鈉離子電池正電極；當(dāng)所述活性材料為所述組分II時(shí)，所制得的鈉離子電池電極為鈉離子電池負(fù)電極。所述組分I和所述組分II中的各物質(zhì)均為鈉離子電池電極材料領(lǐng)用中常規(guī)使用的活性材料。其中，按本領(lǐng)域常識(shí)，Sn/c為電極領(lǐng)域常規(guī)使用的錫碳復(fù)合材料。其中，按本領(lǐng)域常識(shí)，Na273Nil73Mn273O2即是本領(lǐng)域中常規(guī)使用的P2_Na2/3Ni1/3Mn2/30。
[0013]步驟(I)中，所述石墨烯和所述活性材料的質(zhì)量比較佳地為3:7-5:5。
[0014]步驟(I)中，所述超聲分散的方法和條件可為本領(lǐng)域常規(guī)的方法和條件，以分散均勻?yàn)闇?zhǔn)。所述超聲分散的時(shí)間較佳地為20-60分鐘。
[0015]步驟(I)中，所述乙醇的用量為常規(guī)的用量，只要能夠使石墨烯和所述活性材料充分混合即可。
[0016]步驟(2)中，所述微孔濾膜為常規(guī)使用的微孔濾膜。所述微孔濾膜的孔徑較佳地為 100_300nm。
[0017]步驟(2)中，所述抽濾的方法和條件可為通常的抽濾方法和條件。所述抽濾時(shí)的壓力較佳地為-1?-0.8atm。所述抽濾的時(shí)間較佳地為10-20小時(shí)。
[0018]步驟(3)中，所述干燥的方法和條件可為本領(lǐng)域常規(guī)的方法和條件。所述干燥較佳地為真空干燥。所述干燥的時(shí)間較佳地為20-48小時(shí)。所述干燥的溫度較佳地為100-120。。。
[0019]步驟(3)中，在所述的干燥后，較佳地還進(jìn)行切片的操作。所述切片的方法和條件為本領(lǐng)域常規(guī)的方法和條件，只要能獲得所需的電極規(guī)格和尺寸即可。
[0020]本發(fā)明中，所述的鈉離子電池電極的制備方法，較佳地，其所述步驟中不使用集流體和/或粘結(jié)劑；更佳地，其所述步驟中不使用集流體和粘結(jié)劑。其中，所述的集流體為本領(lǐng)域常規(guī)使用的集流體，包括各種金屬箔，如鋁箔、銅箔等；所述的粘結(jié)劑為本領(lǐng)域常規(guī)使用的粘結(jié)劑，包括聚偏氟乙烯(PVDF)、羧甲基纖維素鈉(CMC)和丁苯橡膠(SBR)等。
[0021]本發(fā)明還提供了一種由上述鈉離子電池電極的制備方法所制得的鈉離子電池電極。
[0022]按本領(lǐng)域常識(shí)，當(dāng)所述活性材料為所述組分I時(shí)，所述鈉離子電池電極為鈉離子電池正電極；當(dāng)所述活性材料為所述組分II時(shí)，所述鈉離子電池電極為鈉離子電池負(fù)電極。
[0023]在符合本領(lǐng)域常識(shí)的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實(shí)例。
[0024]本發(fā)明所用試劑和原料均市售可得。
[0025]本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于:
[0026]本發(fā)明的鈉離子電池電極的制備方法，其中采用石墨烯作為導(dǎo)電劑，其同時(shí)還起到粘結(jié)劑的作用，避免了本領(lǐng)域常規(guī)粘結(jié)劑和集流體的使用，提高了電極的導(dǎo)電性能，并且該制備方法的工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備要求低，生產(chǎn)周期短，且制得的鈉離子電池電極具有良好的穩(wěn)定性。本發(fā)明的鈉離子電池電極電化學(xué)性能優(yōu)異，充放電容量高，倍率性能優(yōu)異，循環(huán)性能佳。
【附圖說明】
[0027]圖1為實(shí)施例1的鈉離子電池電極的掃描電鏡照片。
[0028]圖2為實(shí)施例1的鈉離子電池電極的充放電循環(huán)性能圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面通過實(shí)施例的方式進(jìn)一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，按照常規(guī)方法和條件，或按照商品說明書選擇。
[0030]實(shí)施例1
[0031]一種鈉離子電池電極的制備方法，其包括下述步驟:
[0032](I)將0.3g石墨烯、0.7g的P2-Na2/3Ni1/3Mn2/302活