CN117012912A - 一种基于铁基正极的混合锂钠离子电池 - Google Patents

一种基于铁基正极的混合锂钠离子电池 Download PDF

Info

Publication number
CN117012912A
CN117012912A CN202210475763.6A CN202210475763A CN117012912A CN 117012912 A CN117012912 A CN 117012912A CN 202210475763 A CN202210475763 A CN 202210475763A CN 117012912 A CN117012912 A CN 117012912A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sodium
lithium
positive electrode
ion battery
carbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210475763.6A
Other languages
English (en)
Inventor
王永刚
李智
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fudan University
Original Assignee
Fudan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fudan University filed Critical Fudan University
Priority to CN202210475763.6A priority Critical patent/CN117012912A/zh
Publication of CN117012912A publication Critical patent/CN117012912A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362Composites
    • H01M4/364Composites as mixtures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362Composites
    • H01M4/366Composites as layered products
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/5825Oxygenated metallic salts or polyanionic structures, e.g. borates, phosphates, silicates, olivines
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028Positive electrodes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明属于电化学技术领域,具体一种基于铁基正极的混合锂钠离子电池。本发明混合锂钠离子电池由正极、负极、电解液组成;正极活性物质为磷酸铁锂与铁基聚阴离子钠电正极材料的混合物;负极活性物质为碳基材料;电解液含醚类溶剂和/或酯类溶剂,以有机锂盐和/或无机锂盐以及有机钠盐和/或无机钠盐作为溶质。钠离子电池铁基聚阴离子正极材料往往导电性差,放电容量较低,而高温合成的碳包覆的磷酸铁锂导电性优异,放电容量高,将磷酸铁锂与钠离子电池铁基聚阴离子正极材料混合可以提高正极的导电性与能量密度。由于锂离子和钠离子同时嵌入/脱出,协同效应可进一步增强电池的倍率性能,提高电池的功率密度,同时有利于低温性能。

Description

一种基于铁基正极的混合锂钠离子电池
技术领域
本发明属于电池技术领域,具体涉及一种混合锂钠离子电池。
背景技术
近年来,锂离子电池飞速发展,已经在各行各业得到广泛应用。但人们日益増长的需求和锂资源的储量贫瘠直接制约着锂离子电池发展。钠原子与锂原子具有相似的原子结构和化学性质,而且全球钠元素的储量极其丰富,钠离子电池还具有较高的比能量和低生产成本。因此随着锂离子电池受锂资源和生产成本的影响限制其广泛应用,具有相似电化学性质的钠离子电池成为研究者关注的焦点。目前,一些钠离子电池电极材料的性能已经得到了显著提升,很有可能将部分取代当前商业化的锂离子电池。
铁基聚阴离子钠电正极材料具有低成本和来源丰富的特性,非常契合钠离子电池发展的初衷。但是铁基聚阴离子钠电正极材料的导电性较差,往往需要通过碳包覆来解决导电性差的问题。然而,铁基聚阴离子钠电正极材料的合成温度较低,包覆的碳层难以实现高度石墨化,只能带来有限的导电性的提升。而低成本的磷酸铁锂正极同样需要碳包覆来改善导电性,与铁基聚阴离子钠电正极材料不同的是,磷酸铁锂合成温度较高,包覆的碳层石墨化程度较高,导电性可以明显提升,同时磷酸铁锂还具有更高的放电容量。通过将磷酸铁锂与一种或几种铁基聚阴离子钠电正极材料混合作为正极材料,可以显著提高正极的导电性。此外,正极可以同时嵌入/脱出锂离子和钠离子,综合了锂离子电池与钠离子电池各自的优势,这种协同效应可以显著提升电池的能量密度、功率密度以及低温性能。
本发明首次将磷酸铁锂与钠离子电池铁基聚阴离子正极混合作为正极材料,综合二者优势,配置了一种具有高能量密度和功率密度的低成本混合锂钠离子电池。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本、长循环寿命、高能量密度与高功率密度的混合锂钠离子电池。
本发明提供的混合锂钠离子电池,是基于铁基正极材料的,由正极、负极、电解液组成;所述正极的活性物质为磷酸铁锂与一种或几种铁基聚阴离子钠电正极材料的混合物;负极活性物质为碳基材料;正极片和负极片包含活性物质、导电剂、粘结剂和集流体;电解液含醚类溶剂和/或酯类溶剂,以有机锂盐和/或无机锂盐以及有机钠盐和/或无机钠盐作为溶质。其工作原理主要是在充放电过程中,Li+和Na+在正负电极之间往返嵌入和脱出:充电时,Li+和Na+从正极脱出,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂和富钠状态;放电时则相反。
本发明所述的正极中,活性物质在包含磷酸铁锂(LiFePO4)的同时,还包含一种或几种铁基聚阴离子钠电正极材料。
本发明所述的正极,其活性物质中所包含的磷酸铁锂(LiFePO4)为碳包覆的磷酸铁锂。
本发明所述的正极,其活性物质中包含的铁基聚阴离子钠电正极材料可以是Na2FeP2O7,Na3.64Fe2.18(P2O7)2,Na3.12Fe2.44(P2O7)2,Na3.32Fe2.34(P2O7)2,Na7Fe4.5(P2O7)4,Na4Fe3(PO4)2P2O7,Na3Fe2(PO4)(P2O7),Na2FePO4F,Na2Fe3(PO4)3,Na2Fe(SO4)2,Na2Fe2(SO4)3等中的一种或几种。
本发明所述的正极中,磷酸铁锂在活性物质中所占比例不高于50%。
本发明所述的负极中,其活性物质为碳基材料为石墨、软碳、硬碳、膨胀石墨等中的一种或几种的混合。
本发明所述的正负极中,导电添加剂可以采用活性炭、乙炔黑、炭黑、碳纳米管(CNT)、碳纤维(CNF)、石墨烯、石墨、介孔碳等中的一种或几种。
本发明所述的正负极中,粘结剂可以采用聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、羧甲基纤维素(CMC)、水溶性橡胶、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酸(PAA)、海藻酸钠(SA)、丙烯腈多元共聚物(LA132/LA133)等中的一种或几种。
本发明所述的正负极中,集流体可以采用钛网、钛箔、不锈钢网、多孔不锈钢带、不锈钢箔、铝箔、铝网、碳布、碳网、碳毡、铜网、铜箔等中的一种或几种复合物。
本发明所述的电解液,其特征在于,溶剂可以是酯类溶剂和/或醚类溶剂,如碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二丙酯、碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸丙烯酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、二乙二醇二甲醚、乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、甲基九氟正丁基醚、八氟戊基-四氟乙基醚等有机溶剂中的一种或几种混合,混合溶剂的作用主要是调节电解液的粘度、离子电导和高电压下抗氧化能力。
本发明所述的电解液,所含锂/钠离子的浓度范围分别为0.001~10mol/L。
本发明所述的电解液,所述溶质可以是有机锂盐和/或无机锂盐以及有机钠盐和/或无机钠盐,锂盐和钠盐的选择范围包括但不限于六氟磷酸锂、双(三氟甲基磺酰亚胺)锂、三氟甲基磺酸锂、四氯硼酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、硝酸锂、六氟磷酸钠、双(三氟甲基磺酰亚胺)钠、三氟甲基磺酸钠、四氯硼酸钠、高氯酸钠、四氟硼酸钠、硝酸钠、六氟锑酸钠、苯甲酸钠、对甲苯磺酸钠、双氟磺酰亚胺钠、四氯铝酸钠、四氯铁酸钠、四苯硼钠等。
本发明所述的电解液,可以含有以硼酸酯类、亚硫酸酯类、磺酸内酯类、氟代乙烯酯、聚氧乙醚中的一种或几种作为成膜添加剂。添加剂的作用主要是有利于形成均匀的SEI膜,从而减少界面阻抗。
本发明所述的电解液,可以含有以磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯、磷酸三苯酯、磷酸异丙苯二苯基酯、磷酸甲苯基二苯酯、六甲氧基磷腈、乙氧基五氟环三磷腈、三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯、二(2,2,2-三氟乙基)甲基磷酸和(2,2,2.三氟乙基)二乙基酸酯、六甲基磷酰胺中的一种或几种,作为电解液阻燃添加剂。
本发明提供的基于铁基正极的混合锂钠离子电池,其中,铁基正极具有低成本和原料来源丰富的优势,但是钠离子电池铁基聚阴离子正极材料往往导电性差,放电容量较低,而高温合成的碳包覆的磷酸铁锂导电性优异,放电容量高;将磷酸铁锂与钠离子电池铁基聚阴离子正极材料混合可以提高正极的导电性与能量密度。同时二者的结合,由于锂离子和钠离子同时嵌入/脱出,协同效应进一步增强电池的倍率性能,提高电池的功率密度,同时有利于低温性能。
具体实施方式
为进一步清楚地说明本发明的技术方案和优点,本发明用以下具体实施例进行说明,但是本发明并不局限于这些例子。
实施例1
以碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯为溶剂,将六氟磷酸钠/高氯酸锂(1:1)按照1、5、10mol/L的浓度溶解在碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯(v/v,1:1)中,得到该电解液。以LiFePO4/Na2FeP2O7(m/m,4/6)作为正极活性物质。正极电极片的制备如下:按照活性物质(LiFePO4/Na2FeP2O7):导电剂(super P):粘结剂(聚偏氟乙烯PVDF)=80:10:10的比例混合浆料,涂覆在铝箔表面,构成正极电极片。在该实施例中,正极的涂布量为6mg cm-2。其次,以硬碳为负极活性物质。负极电极片的制备如下:按照活性物质(硬碳):导电剂(super P):粘结剂(聚偏氟乙烯PVDF)=80:10:10的比例混合浆料,涂覆在铜箔表面,构成负极电极片。在该实施例中,负极的涂布量为3mg cm-2。然后,以玻璃纤维隔膜为电池隔膜,组装成扣式电池。在常温25℃下,以0.5C的电流密度循环5000圈后,容量保持率达90%(见表1),以10C的电流密度循环10000圈后,容量保持率达88%(见表2)。
实施例2
以碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯+5%磷酸三甲酯为溶剂,将六氟磷酸钠/高氯酸锂(1:1)按照1、5、10mol/L的浓度溶解在碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯(v/v,1:1)中,加入5%磷酸三甲酯作为阻燃剂,得到该电解液。以LiFePO4/Na3.64Fe2.18(P2O7)2(m/m,4/6)作为正极活性物质。正极电极片的制备如下:按照活性物质(LiFePO4/Na3.64Fe2.18(P2O7)2):导电剂(super P):粘结剂(聚偏氟乙烯PVDF)=80:10:10的比例混合浆料,涂覆在铝箔表面,构成正极电极片。在该实施例中,正极的涂布量为6mg cm-2。其次,以软碳为负极活性物质。负极电极片的制备如下:按照活性物质(软碳):导电剂(super P):粘结剂(聚偏氟乙烯PVDF)=80:10:10的比例混合浆料,涂覆在铜箔表面,构成负极电极片。在该实施例中,负极的涂布量为3mg cm-2。然后,以玻璃纤维隔膜为电池隔膜,组装成扣式电池。在常温25℃下,以0.5C的电流密度循环4000圈后,容量保持率达91%(见表1),以10C的电流密度循环12000圈后,容量保持率达85%(见表2)。
实施例3
以二乙二醇二甲醚为溶剂,将三氟甲基磺酸钠/高氯酸锂(1:1)按照1、5、10mol/L的浓度溶解在二乙二醇二甲醚中,得到该电解液。以LiFePO4/Na3.12Fe2.44(P2O7)2(m/m,3/7)作为正极活性物质。正极电极片的制备如下:按照活性物质(LiFePO4/Na3.12Fe2.44(P2O7)2):导电剂(super P):粘结剂(聚偏氟乙烯PVDF)=80:10:10的比例混合浆料,涂覆在铝箔表面,构成正极电极片。在该实施例中,正极的涂布量为6mg cm-2。其次,以石墨为负极活性物质。负极电极片的制备如下:按照活性物质(石墨):导电剂(super P):粘结剂(聚偏氟乙烯PVDF)=80:10:10的比例混合浆料,涂覆在铜箔表面,构成负极电极片。在该实施例中,负极的涂布量为4mg cm-2。然后,以玻璃纤维隔膜为电池隔膜,组装成扣式电池。在常温25℃下,以0.5C的电流密度循环9000圈后,容量保持率达87%(见表1),以10C的电流密度循环12000圈后,容量保持率达83%(见表2)。
实施例4
以二乙二醇二甲醚为溶剂,将六氟磷酸钠/高氯酸锂(1:1)按照1、5、10mol/L的浓度溶解在二乙二醇二甲醚中,得到该电解液。以LiFePO4/Na3.32Fe2.34(P2O7)2(m/m,4/6)作为正极活性物质。正极电极片的制备如下:按照活性物质(LiFePO4/Na3.32Fe2.34(P2O7)2):导电剂(CNT):粘结剂(聚偏氟乙烯PVDF)=80:10:10的比例混合浆料,涂覆在铝箔表面,构成正极电极片。在该实施例中,正极的涂布量为6mg cm-2。其次,以硬碳为负极活性物质。负极电极片的制备如下:按照活性物质(硬碳):导电剂(CNT):粘结剂(聚偏氟乙烯PVDF)=80:10:10的比例混合浆料,涂覆在铜箔表面,构成负极电极片。在该实施例中,负极的涂布量为2mgcm-2。然后,以玻璃纤维隔膜为电池隔膜,组装成扣式电池。在常温25℃下,以0.5C的电流密度循环8000圈后,容量保持率达91%(见表1),以10C的电流密度循环12000圈后,容量保持率达83%(见表2)。
实施例5
以碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯为溶剂,将高氯酸钠/高氯酸锂(1:1)按照1、5、10mol/L的浓度溶解在碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯(v/v,1:1)中,得到该电解液。以LiFePO4/Na7Fe4.5(P2O7)4(m/m,2/8)作为正极活性物质。正极电极片的制备如下:按照活性物质(LiFePO4/Na7Fe4.5(P2O7)4):导电剂(super P):粘结剂(聚偏氟乙烯PVDF)=80:10:10的比例混合浆料,涂覆在铝箔表面,构成正极电极片。在该实施例中,正极的涂布量为6mg cm-2。其次,以膨胀石墨为负极活性物质。负极电极片的制备如下:按照活性物质(膨胀石墨):导电剂(superP):粘结剂(聚偏氟乙烯PVDF)=80:10:10的比例混合浆料,涂覆在铜箔表面,构成负极电极片。在该实施例中,负极的涂布量为2mg cm-2。然后,以玻璃纤维隔膜为电池隔膜,组装成扣式电池。在常温25℃下,以0.5C的电流密度循环6000圈后,容量保持率达90%(见表1),以10C的电流密度循环10000圈后,容量保持率达89%(见表2)。在-40℃的低温下,以0.2C的电流循环,依然可以保持室温83%的容量。
实施例6
以二乙二醇二甲醚为溶剂,将六氟磷酸钠/三氟甲基磺酸锂(1:1)按照1、5、10mol/L的浓度溶解在二乙二醇二甲醚中,得到该电解液。以LiFePO4/Na2FeP2O7/Na3.64Fe2.18(P2O7)2(m/m,4/3/3)作为正极活性物质。正极电极片的制备如下:按照活性物质(LiFePO4/Na2FeP2O7/Na3.64Fe2.18(P2O7)2):导电剂(CNF):粘结剂(聚偏氟乙烯PVDF)=80:10:10的比例混合浆料,涂覆在铝箔表面,构成正极电极片。在该实施例中,正极的涂布量为6mg cm-2。其次,以软碳和硬碳混合物为负极活性物质。负极电极片的制备如下:按照活性物质(软碳:硬碳=1:1):导电剂(CNF):粘结剂(聚偏氟乙烯PVDF)=80:10:10的比例混合浆料,涂覆在铜箔表面,构成负极电极片。在该实施例中,负极的涂布量为2mg cm-2。然后,以玻璃纤维隔膜为电池隔膜,组装成扣式电池。在常温25℃下,以0.5C的电流密度循环5000圈后,容量保持率达91%(见表1),以10C的电流密度循环10000圈后,容量保持率达87%(见表2)。在-70℃的低温下,以0.2C的电流循环,依然可以保持室温72%的容量。
实施例7
以碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯为溶剂,将六氟磷酸钠/高氯酸锂(1:1)按照1、5、10mol/L的浓度溶解在碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯(v/v,1:1)中,得到该电解液。以LiFePO4/Na2FeP2O7/Na3.12Fe2.44(P2O7)2(m/m,4/3/3)作为正极活性物质。正极电极片的制备如下:按照活性物质LiFePO4/Na2FeP2O7/Na3.12Fe2.44(P2O7)2:导电剂(super P):粘结剂(聚偏氟乙烯PVDF)=80:10:10的比例混合浆料,涂覆在铝箔表面,构成正极电极片。在该实施例中,正极的涂布量为6mg cm-2。其次,以软碳为负极活性物质。负极电极片的制备如下:按照活性物质(软碳):导电剂(super P):粘结剂(聚偏氟乙烯PVDF)=80:10:10的比例混合浆料,涂覆在铜箔表面,构成负极电极片。在该实施例中,负极的涂布量为3mg cm-2。然后,以玻璃纤维隔膜为电池隔膜,组装成扣式电池。在常温25℃下,以0.5C的电流密度循环6000圈后,容量保持率达85%(见表1),以10C的电流密度循环10000圈后,容量保持率达90%(见表2)。
实施例8
以碳酸丙烯酯/碳酸甲乙酯为溶剂,将六氟磷酸钠/三氟甲基磺酸锂(1:1)按照1、5、10mol/L的浓度溶解在碳酸丙烯酯/碳酸甲乙酯(v/v,1:1)中,得到该电解液。以LiFePO4/Na2FeP2O7/Na3.32Fe2.34(P2O7)2(m/m,4/3/3)作为正极活性物质。正极电极片的制备如下:按照活性物质(LiFePO4/Na2FeP2O7/Na3.32Fe2.34(P2O7)2):导电剂(super P):粘结剂(聚偏氟乙烯PVDF)=80:10:10的比例混合浆料,涂覆在铝箔表面,构成正极电极片。在该实施例中,正极的涂布量为6mg cm-2。其次,以硬碳为负极活性物质。负极电极片的制备如下:按照活性物质(硬碳):导电剂(super P):粘结剂(聚偏氟乙烯PVDF)=80:10:10的比例混合浆料,涂覆在铜箔表面,构成负极电极片。在该实施例中,负极的涂布量为3mg cm-2。然后,以玻璃纤维隔膜为电池隔膜,组装成扣式电池。在常温25℃下,以0.5C的电流密度循环6000圈后,容量保持率达90%(见表1),以10C的电流密度循环9000圈后,容量保持率达91%(见表2)。
实施例9
以二乙二醇二甲醚为溶剂,将六氟磷酸钠/高氯酸锂(1:1)按照1、5、10mol/L的浓度溶解在二乙二醇二甲醚中,得到该电解液。以LiFePO4/Na2FeP2O7/Na7Fe4.5(P2O7)4(m/m,4/3/3)作为正极活性物质。正极电极片的制备如下:按照活性物质(LiFePO4/Na2FeP2O7/Na7Fe4.5(P2O7)4):导电剂(super P):粘结剂(聚偏氟乙烯PVDF)=80:10:10的比例混合浆料,涂覆在铝箔表面,构成正极电极片。在该实施例中,正极的涂布量为6mg cm-2。其次,以石墨为负极活性物质。负极电极片的制备如下:按照活性物质(石墨):导电剂(super P):粘结剂(聚偏氟乙烯PVDF)=80:10:10的比例混合浆料,涂覆在铜箔表面,构成负极电极片。在该实施例中,负极的涂布量为4mg cm-2。然后,以玻璃纤维隔膜为电池隔膜,组装成扣式电池。在常温25℃下,以0.5C的电流密度循环4000圈后,容量保持率达93%(见表1),以10C的电流密度循环14000圈后,容量保持率达82%(见表2)。在-60℃的低温下,以0.2C的电流循环,依然可以保持室温80%的容量。
实施例10
以碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯为溶剂,将六氟磷酸钠/双(三氟甲基磺酰亚胺)锂(1:1)按照1、5、10mol/L的浓度溶解在碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯(v/v,1:1)中,得到该电解液。以LiFePO4/Na3.12Fe2.44(P2O7)2/Na7Fe4.5(P2O7)4(m/m,4/3/3)作为正极活性物质。正极电极片的制备如下:按照活性物质(LiFePO4/Na3.12Fe2.44(P2O7)2/Na7Fe4.5(P2O7)4):导电剂(super P):粘结剂(聚偏氟乙烯PVDF)=80:10:10的比例混合浆料,涂覆在铝箔表面,构成正极电极片。在该实施例中,正极的涂布量为6mg cm-2。其次,以软碳为负极活性物质。负极电极片的制备如下:按照活性物质(软碳):导电剂(super P):粘结剂(聚偏氟乙烯PVDF)=80:10:10的比例混合浆料,涂覆在铜箔表面,构成负极电极片。在该实施例中,负极的涂布量为3mg cm-2。然后,以玻璃纤维隔膜为电池隔膜,组装成扣式电池。在常温25℃下,以0.5C的电流密度循环8000圈后,容量保持率达86%(见表1),以10C的电流密度循环10000圈后,容量保持率达84%(见表2)。
表1采用不同电极材料和电解液的混合锂钠离子电池的循环性能比较
表2采用不同电极材料和电解液的混合锂钠离子电池的循环性能比较

Claims (10)

1.一种基于铁基正极的混合锂钠离子电池,其特征在于,由正极、负极、电解液组成;所述正极的活性物质为磷酸铁锂与铁基聚阴离子钠电正极材料的混合物;所述负极的活性物质为碳基材料;正极片和负极片包含活性物质、导电剂、粘结剂和集流体;所述电解液含醚类溶剂和/或酯类溶剂,以有机锂盐和/或无机锂盐以及有机钠盐和/或无机钠盐作为溶质。
2.根据权利要求1所述的混合锂钠离子电池,其特征在于,所述正极活性物质中,所述磷酸铁锂为碳包覆的磷酸铁锂;所述铁基聚阴离子钠电正极材料为Na2FeP2O7,Na3.64Fe2.18(P2O7)2,Na3.12Fe2.44(P2O7)2,Na3.32Fe2.34(P2O7)2,Na7Fe4.5(P2O7)4,Na4Fe3(PO4)2P2O7,Na3Fe2(PO4)(P2O7),Na2FePO4F,Na2Fe3(PO4)3,Na2Fe(SO4)2,Na2Fe2(SO4)3中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的混合锂钠离子电池,其特征在于,所述正极中,磷酸铁锂在活性物质中所占比例不高于50%。
4.根据权利要求3所述的混合锂钠离子电池,其特征在于,所述负极中,活性物质选自石墨、软碳、硬碳、膨胀石墨。
5.根据权利要求4所述的混合锂钠离子电池,其特征在于,所述正极和负极中,导电添加剂选自活性炭、乙炔黑、炭黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯、石墨、介孔碳。
6.根据权利要求4所述的混合锂钠离子电池,其特征在于,所述正极和负极中,粘结剂选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素、水溶性橡胶、聚乙烯醇、聚丙烯酸、海藻酸钠、丙烯腈多元共聚物。
7.根据权利要求6所述的混合锂钠离子电池,其特征在于,所述正极和负极中,集流体选自钛网、钛箔、不锈钢网、多孔不锈钢带、不锈钢箔、铝箔、铝网、碳布、碳网、碳毡、铜网、铜箔。
8.根据权利要求7所述的混合锂钠离子电池,其特征在于,所述电解液中,溶剂选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二丙酯、碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸丙烯酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、二乙二醇二甲醚、乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、甲基九氟正丁基醚、八氟戊基-四氟乙基醚;
溶质是有机锂盐和/或无机锂盐以及有机钠盐和/或无机钠盐,所述锂盐和钠盐选自六氟磷酸锂、双(三氟甲基磺酰亚胺)锂、三氟甲基磺酸锂、四氯硼酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂、硝酸锂、六氟磷酸钠、双(三氟甲基磺酰亚胺)钠、三氟甲基磺酸钠、四氯硼酸钠、高氯酸钠、四氟硼酸钠、硝酸钠、六氟锑酸钠、苯甲酸钠、对甲苯磺酸钠、双氟磺酰亚胺钠、四氯铝酸钠、四氯铁酸钠、四苯硼钠;
所含锂离子和钠离子的浓度范围分别为0.001~10 mol/L。
9.根据权利要求8所述的混合锂钠离子电池,其特征在于,所述电解液,还含有成膜添加剂,所述成膜添加剂选自硼酸酯类、亚硫酸酯类、磺酸内酯类、氟代乙烯酯、聚氧乙醚。
10.根据权利要求9所述的混合锂钠离子电池,其特征在于,所述电解液,还含有阻燃添加剂,所述阻燃添加剂选自磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯、磷酸三苯酯、磷酸异丙苯二苯基酯、磷酸甲苯基二苯酯、六甲氧基磷腈、乙氧基五氟环三磷腈、三(2,2,2‒三氟乙基)磷酸酯、二(2,2,2‒三氟乙基)甲基磷酸和(2,2,2.三氟乙基)二乙基酸酯、六甲基磷酰胺。
CN202210475763.6A 2022-04-29 2022-04-29 一种基于铁基正极的混合锂钠离子电池 Pending CN117012912A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210475763.6A CN117012912A (zh) 2022-04-29 2022-04-29 一种基于铁基正极的混合锂钠离子电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210475763.6A CN117012912A (zh) 2022-04-29 2022-04-29 一种基于铁基正极的混合锂钠离子电池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117012912A true CN117012912A (zh) 2023-11-07

Family

ID=88569693

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210475763.6A Pending CN117012912A (zh) 2022-04-29 2022-04-29 一种基于铁基正极的混合锂钠离子电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117012912A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11843109B2 (en) Method of preparing and application of carbon-selenium composites
Hou et al. Macroporous LiFePO 4 as a cathode for an aqueous rechargeable lithium battery of high energy density
CN113140723A (zh) 一种基于金属铋负极的宽温钠离子电池
CN110707287B (zh) 一种金属锂负极及其制备方法和锂电池
CN106711430A (zh) 一种用于锂硫电池的锂/碳纤维或多孔碳纸/铜箔复合负极的制备方法
CN114447333B (zh) 一种钠离子电池
CN109704302B (zh) 一种磷掺杂多孔碳材料及其制备和在锂硫电池用涂层隔膜中的应用
CN103367791B (zh) 一种新型锂离子电池
CN111952670A (zh) 一种具有宽工作温度范围的锂离子电池
CN113937336A (zh) 基于磷酸铁锂正极与锡碳负极的宽温混合离子电池
CN105453309A (zh) 用于Li-S电池的包含石墨烯的正极材料及其制备方法
CN113937341A (zh) 一种金属锌二次电池
CN114243005A (zh) 基于铁基聚阴离子型正极与碳基负极的宽温钠离子电池
CN109742439B (zh) 一种新型锂硫电池多孔夹层材料、制备方法及应用
WO2021228082A1 (zh) 一种多孔聚合物-硫复合材料及其制备方法和用途
CN109616611A (zh) 一种锂-硫族混合储能系统
CN113937342A (zh) 基于铁基聚阴离子型正极与锡碳负极的宽温钠离子电池
CN113299897B (zh) 一种Na3V2(PO4)3@C为正极材料的混合离子全电池
CN114400321A (zh) 一种低温充放电锂离子电池及其负极材料
CN113422053A (zh) 基于三环喹唑啉及其衍生物的电池负极材料及其在碱金属离子电池中的应用
CN115132999A (zh) 一种钠电池用铁基磷酸盐正极及其制备方法和应用
CN113659135B (zh) 铁硫化物在磷酸铁锂二次电池中的应用
CN109873157A (zh) 用于锂离子电池的Co2(BDC)2ted负极材料
CN210668539U (zh) 一种锂硫电池
CN117012912A (zh) 一种基于铁基正极的混合锂钠离子电池

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination