复合补钠材料及制备方法、正极极片、钠电池、用电设备与流程

本发明涉及电池补钠，尤其涉及一种复合补钠材料及其制备方法、正极极片、钠电池、用电设备。

背景技术：

1、随着二次电池的需求量逐渐增大，人们对其各方面的性能要求也越来越高，尤其是对于二次电池的单位体积能量密度的要求。对于钠电池这类二次电池来说，由于钠电池中固体电解质界面相的产生和生长会消耗活性钠，导致电池的电芯容量及能量密度降低，因此需要使用补钠剂来补充消耗的钠离子。

2、目前用于钠电池正极材料的补钠剂存在导电性差、分解缓慢且难以充分分解的问题，进而造成电芯胀气等副反应的发生，影响钠电池的性能。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本申请公开了一种补钠组合物、正极极片及其制备方法、钠电池、用电设备，通过补钠组合物来解决钠电池在循环使用过程中的产气问题，且与此同时保证钠离子的电化学性能良好。

2、第一个方面，本申请实施例提供一种复合补钠材料，所述复合补钠材料呈纤维状，所述复合补钠材料包括导电网络结构以及连接在所述导电网络结构上的补钠剂，所述补钠剂为有机钠盐和/或无机钠盐，所述导电网络结构为经静电纺丝与碳化处理的柔性高分子聚合物。

3、进一步地，所述补钠剂的分子式为naxmylzrw，其中，所述m、所述l、所述r各自分别选自为c、o、n、f、s、p、si、h或cl元素，所述x的范围为1~5，所述y、所述z、所述w的范围各自分别选自0~10。

4、进一步地，所述柔性高分子聚合物包括聚丙烯腈、聚酰胺或聚乙烯醇中的至少一种。

5、进一步地，所述补钠剂在所述复合补钠材料中的质量占比为5%~70%。

6、进一步地，所述补钠剂为na2co3或nacl。

7、进一步地，所述补钠剂呈颗粒状，所述补钠剂的粒径小于或者等于1000 nm。

8、更进一步地，所述补钠剂的粒径为300 nm~1000 nm，所述补钠剂凸出于所述导电网络结构的表面。

9、进一步地，所述导电网络结构的直径为300 nm~1000 nm。

10、第二个方面，本申请实施例还提供一种如第一个方面所述的复合补钠材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

11、静电纺丝：对含有所述柔性高分子化合物、所述补钠剂的纺丝液进行静电纺丝，得到纤维状复合材料；

12、碳化：对所述纤维状复合材料进行预氧化和碳化，得到纤维状的所述复合补钠材料。

13、进一步地，所述静电纺丝的步骤为：将所述柔性高分子化合物溶于溶剂中，再加入助剂和所述补钠剂后搅拌形成所述纺丝液；

14、其中，所述柔性高分子化合物包括聚丙烯腈、聚酰胺或聚乙烯醇中的至少一种。所述溶剂为二甲基乙酰胺、乙醇、二甲基乙酰胺、四氢呋喃或水。所述助剂为聚乙烯吡咯烷酮或聚环氧乙烷，其中，聚环氧乙烷的重均分子量mw为3×105~8×105。

15、进一步地，所述柔性高分子化合物的质量与所述溶剂的体积比为0.1～2 g:7ml，所述柔性高分子化合物与所述助剂的质量比为0.1～2:0.286。

16、进一步地，所述柔性高分子化合物与所述复合补钠材料的质量比为0.1～2:0.2。

17、进一步地，所述碳化的步骤中，所述预氧化的温度为100℃~300℃，所述预氧化的时间为1.5小时~3小时；和/或，

18、所述碳化的步骤中，所述碳化的温度为400℃~1000℃。

19、第三个方面，本申请实施例提供一种正极极片，所述正极极片中包括如第一个方面所述的复合补钠材料，或者所述正极极片包括如第二个方面所述的制备方法制备的所述复合补钠材料。

20、作为一种可选的实施方式，所述正极极片包括集流体以及设于所述集流体至少一侧表面的活性材料层，所述活性材料层包括活性材料和所述复合补钠材料。

21、作为一种可选的实施方式，所述正极极片包括集流体、设于所述集流体至少一侧表面的活性材料层、设于所述活性材料层的远离所述集流体一侧的补钠层，所述活性材料层包括活性材料，所述补钠层包括所述复合补钠材料。

22、进一步地，所述复合补钠材料与所述活性材料的质量比为0.02:1~0.3:1。

23、第四个方面，本申请实施例提供一种钠电池，所述钠电池包括如第三个方面所述的正极极片、负极极片、隔膜和电解液，所述隔膜设于所述正极极片和所述负极极片之间组成电芯，所述电解液注液在所述电芯内。

24、第五个方面，本申请实施例提供一种用电设备，所述用电设备包括用电设备本体以及如第四个方面所述的钠电池，所述钠电池用于为所述用电设备本体供电。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

26、本申请实施例对现有的补钠剂进行改进，将补钠剂连接到具有纤维状结构形态且具有导电性能的碳材料导电网络结构上，形成的纤维状复合补钠材料既因补钠剂具有补钠作用、又因导电网络结构具有导电特性。上述性能的补钠剂和导电网络结构的协同配合作用，不仅能够增强复合补钠材料的导电性能、加快补钠剂的分解速度，解决因缓释而导致的电芯胀气等问题，而且还能够为电解液的浸润提供丰富通道，从上述两方面综合提高钠电池的电化学性能。

技术特征：

1.一种复合补钠材料，其特征在于，所述复合补钠材料呈纤维状，所述复合补钠材料包括导电网络结构以及连接在所述导电网络结构上的补钠剂，所述补钠剂为有机钠盐和/或无机钠盐，所述导电网络结构为经静电纺丝与碳化处理的柔性高分子聚合物。

2.根据权利要求1所述的复合补钠材料，其特征在于，所述补钠剂的分子式为naxmylzrw，其中，所述m、所述l、所述r各自分别选自为c、o、n、f、s、p、si、h或cl元素，所述x的范围为1~5，所述y、所述z、所述w的范围各自分别选自0~10；和/或，

3.根据权利要求1所述的复合补钠材料，其特征在于，所述补钠剂在所述复合补钠材料中的质量占比为5%~70%；和/或，所述补钠剂为na2co3或nacl。

4.根据权利要求3所述的复合补钠材料，其特征在于，所述补钠剂呈颗粒状，所述补钠剂的粒径小于或者等于1000 nm。

5.根据权利要求4所述的复合补钠材料，其特征在于，所述补钠剂的粒径为300 nm~1000 nm，所述补钠剂凸出于所述导电网络结构的表面。

6.根据权利要求1至5任一项所述的复合补钠材料，其特征在于，所述导电网络结构的直径为300 nm~1000 nm。

7.一种如权利要求1至6任一项所述的复合补钠材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝的步骤为：将所述柔性高分子化合物溶于溶剂中，再加入助剂和所述补钠剂后搅拌形成所述纺丝液；

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述柔性高分子化合物的质量与所述溶剂的体积比为0.1～2 g:7ml，所述柔性高分子化合物与所述助剂的质量比为0.1～2:0.286；和/或，

10.根据权利要求7至9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述碳化的步骤中，所述预氧化的温度为100℃~300℃，所述预氧化的时间为1.5小时~3小时；和/或，

11.一种正极极片，其特征在于，所述正极极片中包括如权利要求1至6任一项所述的复合补钠材料，或者所述正极极片包括如权利要求7至10任一项所述的制备方法制备的所述复合补钠材料。

12.根据权利要求11所述的正极极片，其特征在于，所述正极极片包括集流体以及设于所述集流体至少一侧表面的活性材料层，所述活性材料层包括活性材料和所述复合补钠材料。

13.根据权利要求11所述的正极极片，其特征在于，所述正极极片包括集流体、设于所述集流体至少一侧表面的活性材料层、设于所述活性材料层的远离所述集流体一侧的补钠层，所述活性材料层包括活性材料，所述补钠层包括所述复合补钠材料。

14.根据权利要求12或13所述的正极极片，其特征在于，所述复合补钠材料与所述活性材料的质量比为0.02:1~0.3:1。

15.一种钠电池，其特征在于，所述钠电池包括如权利要求11至14任一项所述的正极极片、负极极片、隔膜和电解液，所述隔膜设于所述正极极片和所述负极极片之间组成电芯，所述电解液注液在所述电芯内。

16.一种用电设备，其特征在于，所述用电设备包括用电设备本体以及如权利要求15所述的钠电池，所述钠电池用于为所述用电设备本体供电。

技术总结
本发明涉及电池补钠技术领域，尤其涉及一种复合补钠材料及其制备方法、正极极片、钠电池、用电设备。该复合补钠材料呈纤维状，所述复合补钠材料包括导电网络结构以及连接在所述导电网络结构上的补钠剂，所述补钠剂为有机钠盐和/或无机钠盐，所述导电网络结构为经静电纺丝与碳化处理的柔性高分子聚合物。该复合补钠材料既因补钠剂具有补钠作用、又因导电网络结构具有导电特性。上述性能的结合作用，能增强复合补钠材料的导电性能、加快补钠剂的分解速度，解决因缓释而导致的电芯胀气等问题，而且还能够为电解液的浸润提供丰富通道。

技术研发人员：张国栋,王巍,文佳琪
受保护的技术使用者：深圳海辰储能控制技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15