CN105206834A - 电池及其正极材料 - Google Patents

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Abstract

本发明属于能源材料领域，具体涉及用于电池的正极材料，以及包含该正极材料的电池。所述正极材料包括选自硅、锗、锡和铜中的任意一种金属单质、合金或化合物。碳材料的存在可以抑制电池充放电反应过程中因金属长大而导致的性能下降，也能防止电池的阻抗增大；金属/碳复合材料在电池循环过程中能稳定存在，不会与其他正极材料发生副反应，循环性能得到改善；由于直接使用金属/碳复合材料作为主量材料，因此其在正极材料中的均匀性可以得到更好的保证，从而得到更加稳定的电池性能。

Description

电池及其正极材料
技术领域
本发明属于能源材料领域，具体涉及用于电池的正极材料，以及包含该正极材料的电池。
背景技术
在技术飞速发展的今天，伴随着电动汽车、电子产品、家用电器的不断发展，可采用的电池也不断更新，需要更高容量的二次电池来作为这些移动装置的电源。锂二次电池因满足这个要求而得到了应用。然而，目前典型的使用锂钴氧化物作为负极、使用石墨作为正极的锂二次电池，其容量已经达到了饱和点，很难再切实地提高锂二次电池的容量。
另一方面，使用硅、锗、锡或类似元素作为高容量正极的二次电池最近也得到了广泛的研究。然而，当重复充放电时，高容量的正极由于活性材料严重的膨胀和收缩而碎裂成小块，从而使电流汇集性能下降，或者使电解液的分解由于表面积增大而加速，从而造成循环性能差。而即使在正极中，循环性能也是不够好的，这是由于活性材料随着充放电而发生不可逆反应。此外，与传统的高容量正极的情况一样，与电解质的反应率仍然较高，所以容量由于充放电过程中电解质的反应而出现很大程度的降低，特别是在循环的早期阶段。更进一步，在高容量正极中，正极电势随着锂的脱出而有很大的增高，特别是在放电的后期阶段，这也是造成性能降低的因素之一。
发明内容
面对现有技术存在的问题，本发明提供一种电池及其正极材料，从而解决了现有技术中存在的问题。
一方面，本发明提供一种电池的正极材料，所述正极材料包括亚铁氰化钠、氯化钠和铜的混合物。
优选地，所述正极材料中亚铁氰化钠：氯化钠：铜的质量比为(1-9)：5：1。
作为优选技术方案，所述正极材料表面覆盖碳材料。
优选地，所述的碳材料为石墨、碳黑、无定型碳、活性炭、乙炔黑、石墨烯和碳纳米管。
优选地，所述的碳材料形成包覆层，所述包覆层的厚度为10-300nm，例如可以是10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、120nm、130nm、140nm、160nm、180nm、200nm、220nm、230nm、250nm、260nm、280nm或300nm。
优选地，所述正极材料还包括质量分数为0.5-40％的锂，例如可以是0.5％、1％、2％、3％、5％、8％、10％、12％、15％、16％、18％、20％、22％、25％、26％、28％、30％、32％、35％、36％、38％或40％。
另一方面，本发明还提供了一种包括第一方面所述的正极材料的电池，所述电池包括负极、固体电解质以及包含所述正极材料的正极。
优选地，所述固体电解质选自钠离子导体陶瓷、钠离子导体玻璃或钠离子导体复合材料中的任意一种或至少两种的组合。
本发明的电池包括钠负极、固体电解质、以及正极。电池充放电时钠离子通过固体电解质在两电极之间发生氧化还原反应，电池中正极材料一方面参与离子的氧化还原反应，另一方面需要保证电子的有效传输。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)碳材料的存在可以抑制电池充放电反应过程中因金属长大而导致的性能下降，也能防止电池的阻抗增大；
(2)金属/碳复合材料在电池循环过程中能稳定存在，不会与其他正极材料发生副反应，循环性能得到改善；
(3)由于直接使用金属/碳复合材料作为主量材料，因此其在正极材料中的均匀性可以得到更好的保证，从而得到更加稳定的电池性能；
(4)制备方法简单易行，成本低。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例来进一步说明本发明的技术方案，但本发明并非局限在实施例范围内。
实施例中碳材料通过化学法包覆在活性金属上。
实施例1
0.02mol碳源葡萄糖在水中完全溶解后，取亚铁氰化钠：氯化钠：铜的质量比为5：5：1与之均匀混合，得到前驱液，将前驱液在搅拌过程中干燥得到前驱体，最后将前驱体在高温下退火，加入质量分数10％的锂，得到钠/锂复合物；在放电状态下组装钠锂电池，正极包含过量的钠/锂复合物、石墨做表层和NaAlCl4熔盐电解质，熔融钠作为负极，β″-氧化铝陶瓷管作为固体电解质。所述碳材料形成的包覆层的厚度为100nm。
由于钠锂被石墨部分包覆，因此可以有效能防止电池的阻抗增大。
实施例2
0.02mol碳源葡萄糖在水中完全溶解后，取亚铁氰化钠：氯化钠：铜的质量比为9：5：1与之均匀混合，得到前驱液，将前驱液在搅拌过程中干燥得到前驱体，最后将前驱体在高温下退火，加入质量分数20％的锂，得到钠/锂复合物；在放电状态下组装钠锂电池，正极包含过量的钠/锂复合物、石墨做表层和NaAlCl4熔盐电解质，熔融钠作为负极，β″-氧化铝陶瓷管作为固体电解质。所述碳材料形成的包覆层的厚度为300nm。
实施例3
0.02mol碳源葡萄糖在水中完全溶解后，取亚铁氰化钠：氯化钠：铜的质量比为1：5：1与之均匀混合，得到前驱液，将前驱液在搅拌过程中干燥得到前驱体，最后将前驱体在高温下退火，加入质量分数0.5％的锂，得到钠/锂复合物；在放电状态下组装钠锂电池，正极包含过量的钠/锂复合物、石墨做表层和NaAlCl4熔盐电解质，熔融钠作为负极，β″-氧化铝陶瓷管作为固体电解质。所述碳材料形成的包覆层的厚度为10nm。
对比例
电池制备方法如实施例3，不加任何额外金属，是锂电池加碳覆层。
表1
正极材料 容量保持率(％)
实施例1 硅 96.1
实施例2 锗 98.4
实施例3 锡 93.2
对比例 无 80.1
从表1可以看出，不加金属的电池容量保持率明显低于其他实施例。
综上所述，该电池制备方法简单易行，成本低；碳材料的存在可以抑制电池充放电反应过程中因金属长大而导致的性能下降，也能防止电池的阻抗增大；金属/碳复合材料在电池循环过程中能稳定存在，不会与其他正极材料发生副反应，循环性能得到改善；由于直接使用金属/碳复合材料作为主量材料，因此其在正极材料中的均匀性可以得到更好的保证，从而得到更加稳定的电池性能。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (8)

1.一种电池的正极材料，其特征在于，所述正极材料包括亚铁氰化钠、氯化钠和铜的混合物。
2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料中亚铁氰化钠：氯化钠：铜的质量比为(1-9)：5：1。
3.根据权利要求1或2所述的正极材料，其特征在于，所述正极材料表面覆盖碳材料。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的正极材料，其特征在于，所述的碳材料为石墨、碳黑、无定型碳、活性炭、乙炔黑、石墨烯和碳纳米管。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的正极材料，其特征在于，所述的碳材料形成包覆层，所述包覆层的厚度为10-300nm。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的正极材料，其特征在于，还包括质量分数为0.5-40％的锂。
7.一种包括权利要求1-6中任一项所述的正极材料的电池，其特征在于，所述电池包括负极、固体电解质以及包含权利要求1-6之一所述正极材料的正极。
8.根据权利要求7所述的电池，其特征在于，所述固体电解质选自钠离子导体陶瓷、钠离子导体玻璃或钠离子导体复合材料中的任意一种或至少两种的组合。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107799724A (zh) * 2016-09-06 2018-03-13 财团法人工业技术研究院 电极及其制造方法、以及包含该电池的金属离子电池

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102522553A (zh) * 2011-12-31 2012-06-27 武汉大学 一类钠离子电池正极材料
CN103208628A (zh) * 2013-04-12 2013-07-17 中国科学院化学研究所 一类钠离子电池正极材料及其制备方法与应用
CN103227325A (zh) * 2013-04-09 2013-07-31 上海中聚佳华电池科技有限公司 一种钠离子电池正极材料及其制备方法
CN103730664A (zh) * 2014-01-06 2014-04-16 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种锂硫电池正极材料及其制备方法和应用
WO2014140792A2 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 Massachusetts Institute Of Technology High amperage batteries with displacement salt electrodes
CN104282951A (zh) * 2013-07-09 2015-01-14 中国科学院上海硅酸盐研究所 钠电池及其正极材料

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102522553A (zh) * 2011-12-31 2012-06-27 武汉大学 一类钠离子电池正极材料
WO2014140792A2 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 Massachusetts Institute Of Technology High amperage batteries with displacement salt electrodes
CN103227325A (zh) * 2013-04-09 2013-07-31 上海中聚佳华电池科技有限公司 一种钠离子电池正极材料及其制备方法
CN103208628A (zh) * 2013-04-12 2013-07-17 中国科学院化学研究所 一类钠离子电池正极材料及其制备方法与应用
CN104282951A (zh) * 2013-07-09 2015-01-14 中国科学院上海硅酸盐研究所 钠电池及其正极材料
CN103730664A (zh) * 2014-01-06 2014-04-16 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种锂硫电池正极材料及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
S. J. RICHARD PRABAKAR ET AL.: "Highly crystalline prussian blue/graphene composites for high-rate performance cathodes in Na-ion batteries", 《RSC ADVANCES》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107799724A (zh) * 2016-09-06 2018-03-13 财团法人工业技术研究院 电极及其制造方法、以及包含该电池的金属离子电池
CN107799724B (zh) * 2016-09-06 2020-10-23 财团法人工业技术研究院 电极及其制造方法、以及包含该电池的金属离子电池

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