硫酸亚铁钠正极极片及制备方法、钠离子电池和用电装置与流程

本发明涉及二次电池，具体而言，涉及硫酸亚铁钠正极极片及制备方法、钠离子电池和用电装置。

背景技术：

1、钠离子电池常见的正极活性材料有层状氧化物材料（如镍铁锰氧化物、铜铁锰氧化物）、普鲁士蓝类似物材料（如铁基普鲁士白等）、聚阴离子材料（如硫酸亚铁钠、磷酸铁钠等）。钠离子电池常以碳材料（如硬碳、软碳）作为负极，以酯类和醚类作为溶剂，加入na+金属盐（如氟钠盐、硼钠盐、高氯酸盐等）电解质以及多种添加剂（如成膜类、阻燃类和过充保护类等），形成电解液。

2、虽然钠离子电池具有低温性能好、成本低廉、安全性高和循环寿命较长等优点，但由于近几年，锂离子电池原材料价格下降，对钠离子电池的成本优势造成了极大的冲击。因此，制备成本更低、性能更优的正极，成为了钠离子电池亟需解决的问题。

3、鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供硫酸亚铁钠正极极片及制备方法、钠离子电池和用电装置，旨在制备成本更低、性能更优的正极。

2、本发明是这样实现的：

3、第一方面，本发明提供一种硫酸亚铁钠正极极片的制备方法，包括：以合成硫酸亚铁钠的反应原料、高导电材料和聚合物为原料通过溶胶凝胶法反应制备胶体混合物；将胶体混合物涂覆于集流体上，干燥后得到正极前驱体；将正极前驱体在惰性气氛下、200℃~300℃进行煅烧；

4、其中，高导电材料选自氧化石墨烯和碳纳米管中的至少一种。

5、在可选的实施方式中，胶体混合物的制备过程包括；将合成硫酸亚铁钠的反应原料与水、螯合剂和沉淀剂混合，调节ph值为5~7，得到混合溶液，将混合溶液与高导电材料和聚合物混合，在60℃~90℃的条件下反应10h~15h；

6、和/或，将混合溶液与高导电材料和聚合物混合超声0.5h~3h，再升温反应。

7、在可选的实施方式中，合成硫酸亚铁钠的反应原料中，亚铁离子、硫酸根离子和钠离子的摩尔比为1：（1.50~1.75）：（3~5）；

8、和/或，合成硫酸亚铁钠的反应原料选自醋酸盐、硫酸盐和硝酸盐中的至少一种；

9、和/或，合成硫酸亚铁钠的反应原料包括铁源和硫酸钠，铁源选自醋酸亚铁、硫酸亚铁和硝酸亚铁中的至少一种。

10、在可选的实施方式中，混合溶液中亚铁离子的浓度为1.0mol/l~1.5mol/l，混合溶液、高导电材料和聚合物的质量比为（80-90）：（8~12）：（2~8）；

11、和/或，聚合物选自聚乙烯醇和聚丙烯酸中的至少一种。

12、在可选的实施方式中，螯合剂选自柠檬酸钠、柠檬酸、酒石酸和海藻酸钠中的至少一种；

13、和/或，沉淀剂选自氨水、碳酸氢铵和乙二胺中的至少一种，通过调控沉淀剂的用量使混合溶液的ph值满足要求。

14、在可选的实施方式中，将胶体混合物涂覆于集流体上，之后冷冻干燥得到正极前驱体；

15、和/或，控制冷冻干燥的温度为-50℃~-20℃，干燥时间为4h~10h。

16、在可选的实施方式中，将正极前驱体进行煅烧时，控制煅烧温度为200℃~300℃，煅烧时间为3h~10h；

17、和/或，在煅烧完成之后退火0.5h~2h。

18、第二方面，本发明还提供一种硫酸亚铁钠正极极片，通过任一实施方式中的制备方法制备而得。

19、第三方面，本发明提供一种钠离子电池，包括前述实施方式中任一项硫酸亚铁钠正极极片或前述实施方式中任一项制备方法制备得到的硫酸亚铁钠正极极片。

20、第四方面，本发明提供一种用电装置，包括前述实施方式的钠离子电池。

21、本发明具有以下有益效果：以合成硫酸亚铁钠的反应原料、高导电材料和聚合物为原料，由于硫酸亚铁钠合成温度不高，结合溶胶凝胶法就能在更低的合成温度下一步合成薄膜正极，对正极集流体的材料的耐热性很友好；高导电材料有良好的亲水性，在溶胶凝胶法中分散很好，并且硫酸亚铁钠在低温惰性气体中煅烧，氧化石墨烯则可以还原为还原氧化石墨烯，具有超高的导电性；聚合物本身在溶胶凝胶法中就起到关键的促进混合水溶液形成胶体的作用，加之本身就作为良好的电极片粘结剂，使得薄膜正极不易剥离，更重要的是在低温惰性气体下，聚合物得以保存。

22、本发明在反应原料和方法上环环相扣，实现了一步法低温制备多孔纳米硫酸亚铁钠及类似物正极的目的，该正极具有优异的多孔纳米结构、高导电材料、优异的粘结性，大大提升了正极材料的容量发挥。另外，由于一步合成和较低的合成温度，大大较少了生产制造过程的时耗和能耗。

技术特征：

1.一种硫酸亚铁钠正极极片的制备方法，其特征在于，包括：以合成硫酸亚铁钠的反应原料、高导电材料和聚合物为原料通过溶胶凝胶法反应制备胶体混合物；将所述胶体混合物涂覆于集流体上，干燥后得到正极前驱体；将所述正极前驱体在惰性气氛下、200℃~300℃进行煅烧；

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述胶体混合物的制备过程包括；将合成硫酸亚铁钠的反应原料与水、螯合剂和沉淀剂混合，调节ph值为5~7，得到混合溶液，将所述混合溶液与所述高导电材料和所述聚合物混合，在60℃~90℃的条件下反应10h~15h；

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，合成硫酸亚铁钠的反应原料中，亚铁离子、硫酸根离子和钠离子的摩尔比为1：（1.50~1.75）：（3~5）；

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中亚铁离子的浓度为1.0mol/l~1.5mol/l，所述混合溶液、所述高导电材料和所述聚合物的质量比为（80-90）：（8~12）：（2~8）；

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述螯合剂选自柠檬酸钠、柠檬酸、酒石酸和海藻酸钠中的至少一种；

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将所述胶体混合物涂覆于所述集流体上，之后冷冻干燥得到所述正极前驱体；

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将所述正极前驱体进行煅烧时，控制煅烧温度为200℃~300℃，煅烧时间为3h~10h；

8.一种硫酸亚铁钠正极极片，其特征在于，通过权利要求1-7中任一项所述的制备方法制备而得。

9.一种钠离子电池，其特征在于，包括权利要求8所述硫酸亚铁钠正极极片。

10.一种用电装置，其特征在于，包括权利要求9所述的钠离子电池。

技术总结本发明公开了硫酸亚铁钠正极极片及制备方法、钠离子电池和用电装置，涉及二次电池技术领域。以合成硫酸亚铁钠的反应原料、高导电材料和聚合物为原料，由于硫酸亚铁钠合成温度不高，结合溶胶凝胶法就能在更低的合成温度下一步合成薄膜正极；高导电材料有良好的亲水性，在溶胶凝胶法中分散很好；聚合物本身在溶胶凝胶法中就起到关键的促进混合水溶液形成胶体的作用，加之本身就作为良好的电极片粘结剂，使得薄膜正极不易剥离，更重要的是在低温惰性气体下，聚合物得以保存。在反应原料和方法上环环相扣，实现了一步法低温制备多孔纳米硫酸亚铁钠正极的目的，该正极具有优异的多孔纳米结构、高导电材料、优异的粘结性，提升了正极材料的容量发挥。技术研发人员：周世昊,李享,张伟清,杨庆亨受保护的技术使用者：江苏中兴派能电池有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25