[发明专利]一种高倍率性能的钠离子电池的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及钠离子电池领域，具体的涉及一种高倍率性能的钠离子电池的制备方法。

背景技术：

近年来，我国经济保持快速增长使得石油资源的消耗量急剧增加，而汽车工业油耗占石油消耗总量的一半左右。面对全球石油资源日渐枯竭的挑战和当前改善空气污染的迫切要求，亟需汽车工业降低对石油的依赖，减少污染物(PM2.5等)及二氧化碳的排放，发展节能与新能源汽车产业。其中，纯电驱动为新能源汽车发展和汽车工业转型的主要战略取向，当前国家政策重点推进纯电动汽车和混合动力汽车产业化。

锂离子电池具有低自放电率、较高的工作电压、相对较高能量密度、功率密度和较长的循环寿命等优点，在其诞生之后的三十年里迅速占领了能源存储应用领域，目前已广泛应用于各类小型电子产品(如手表、手机、电脑、数码相机等)以及电动工具和电动自行车等小型设备。日前，国家政策对新能源汽车大力支持，为锂离子电池产业的发展提供了广阔的空间，同时也对锂离子电池的能量密度，功率密度以及安全性方面都提出了更高的要求。

锂离子电池虽然是目前发展前景最明朗的高能电池体系，但随着电动汽车、智能电网时代的到来，锂资源短缺将成为制约其发展的重要因素。因此，亟需发展下一代综合性能优异的电池体系。钠和锂是同主族元素，具有相似的物化性质，且钠资源丰富，成本低廉，在能源存储领域有可能成为锂离子电池的替代品之一。钠离子电池与锂离子电池相比具有三个明显的优势：(1)钠资源丰富和成本低廉；(2)钠离子电池的电势比锂离子电势高0.3～0.4V，这样可以利用分解电势更低的溶剂和电解质盐，因此可供选择的电解质更多；(3)钠离子电池具有相对稳定的电化学性能，安全性更好。当然钠离子电池的缺点也很明显，比如钠元素的相对原子质量比锂元素高，导致理论容量不足锂的一半，同时钠离子半径比锂离子半径大70％，使得钠离子在电池材料中更不易于嵌入和脱出。因此，如何提高钠离子电池的容量和倍率性能成为钠离子电池广泛应用的关键。

中国专利(201610617682.X)公开了一种利用冷冻干燥法制备的碳包覆金属离子掺杂磷酸钒钠复合正极材料及其制备方法与应用。制备过程包括：1)将钒源、钠源、磷酸盐、柠檬酸和金属离子源完全溶解在去离子水中，搅拌均匀后冷冻成冰；2)将冷冻好的冰块放入冷冻干燥机中冷冻干燥，得到干燥产物；3)将干燥产物在空气中热处理，得到磷酸钒钠前驱体粉末；4)将粉体研磨均匀后，在保护气体气氛下热处理后冷却，得到所述材料。该材料应用于钠离子电池正极材料，材料的多孔结构提高了材料的电化学性能，离子掺杂有效提高材料的导电性和结构稳定性。但是其充放电比容量和循环稳定性仍然满足不了钠离子电池越来越高的要求。

发明内容：

本发明的目的是提供一种高倍率性能的钠离子电池的制备方法，该方法操作简单，成本低，制得的钠离子电池安全性能优异，循环稳定性好，容量大，倍率性能优异。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高倍率性能的钠离子电池的制备方法，包括以下步骤：

(1)正极片的制备

1)将氯化亚铁和亚铁氰化钠分别与去离子水混合均匀，制得溶液A和溶液B；

2)向溶液A中加入F127，超声搅拌至溶液澄清，制得溶液C，将溶液B超声搅拌至澄清，并加入溶液C，混合均匀后转移至水热釜，升温至70-90℃，反应10-30h，冷却至室温，离心，沉淀用去离子水洗3-5次，真空干燥，得到蓝色固体；

3)将260ml氧化石墨原液在500W的功率下超声处理1-2h，然后分成20ml、40ml、80ml、120ml四份，并将四份氧化石墨原液加入去离子水分别配制成200ml的氧化石墨溶液，分别为溶液1、2、3、4；

4)分别称取200mg蓝色固体加入到溶液1、2、3、4中，常温搅拌3-6h，然后装入试管中，并在液氮中冷淬，最后放入冻干机中冻干48-96h，得到氧化石墨包覆普鲁士蓝纳米球；

5)将上述制得的氧化石墨包覆普鲁士蓝纳米球100mg加入到反应瓶中，敞开反应瓶并放入蓝盖瓶中，然后向蓝盖瓶中加入20ml水合肼溶液，并将蓝盖瓶密封，在50-70℃下反应10-20h，得到石墨/普鲁士蓝正极材料；

6)用NMP将石墨/普鲁士蓝正极材料调制成膏状物涂抹在镍网上，然后在真空烘箱中80℃干燥4h后，将用压片机涂有样品的镍网压成薄片后，再放入真空烘箱120℃干燥12h，得到正极片；

(2)负极片的制备