[发明专利]一种高电位高容量有机聚合物正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高电位高容量有机聚合物正极材料及其制备方法和应用，原料包括聚乙烯基咔唑。本发明将有机高分子材料聚乙烯基咔唑用于制备钠离子电池正极材料，进一步的降低了原料的成本，有效的节约了电池成本。

技术领域

本发明涉及钠离子电池领域，具体涉及一种高电位高容量有机聚合物正极材料及其方法和应用。

背景技术

锂离子二次电池(LIBs)由于能量密度大、工作电压高、循环寿命长、自放电率低等优点，已被广泛应用于各种便携式电子产品、纯电动汽车和混合动力汽车等领域。然而，LIBs中的锂元素储量非常有限(地壳含量：～0.0065％)，导致含锂电极材料的成本很难进一步降低；同时，LIBs的能量密度难以进一步提升。上述两个重要因素极大限制了锂离子电池在大规模储能领域的应用。

研究发现，钠元素的标准氧化还原电位(-2.71V for Na+/Na)非常接近锂元素(-3.04V for Li+/Li)，并且钠元素在地壳中的储量非常丰富(2.74％)；从而钠离子电池(SIBs)能量密度会接近LIBs。因此，钠离子电池是具有潜力的新型二次电池体系。

由于钠离子半径比锂离子半径大很多，目前适用于钠离子电池的高效无机正负极材料都极其稀少。同理，适用于钠离子电池的有机正极材料更加稀少。此外，钠离子电池有机小分子正极材料由于溶解性的问题会导致电池循环稳定性差，并且具有高电位(氧化还原电位2.5V以上vs.Na+/Na)、高容量(比容量>100mAh g-1)的有机正极材料更是少有报道。

因此，为了进一步降低电池的使用成本，提高电池的能量密度，使电池能在大规模储能领域中较好的进行应用，一种新型电池体系是迫切需要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有适用于钠离子电池正极材料不能较好的进行应用，不具有高电位高容量的性能，不能较好的适用于大规模储能领域中，目的在于提供一种高电位高容量有机聚合物正极材料及其方法和应用，解决钠离子电池正极材料的使用问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种高电位高容量有机聚合物正极材料，原料是聚乙烯基咔唑。

钠离子电池由于钠元素储量极其丰富，电化学性能与锂离子电池相近，是具有潜力的新型二次电池体系。但是适用于钠离子电池的高效无机正负极材料都极其稀少。同理，适用于钠离子电池的有机正极材料也极其稀少。由于有机材料成本极其低廉，因此在钠离子电池中使用具有电化学活性的有机电极材料能进一步降低钠离子电池生产成本。

通过研究发现，钠离子电池有机小分子正极材料由于溶解性的问题会导致电池循环稳定性差；因此通过不断尝试有机高分子在钠离子电池中表现，筛选出了一种有机高分子正极材料，即聚乙烯基咔唑(PVK)。聚乙烯基咔唑所得到的正极材料具有高电位、高容量、高稳定性的特点，并且进一步的降低了生产成本，使其在大规模储能领域即钠离子电池中具有较好的应用。

具体的，一种高电位高容量有机聚合物正极材料，原料还包括导电碳材料和粘结剂。聚乙烯基咔唑、导电碳材料和粘结剂的质量比为60～80wt％：10～30wt％：10wt％。

优选的，聚乙烯基咔唑、导电碳材料和粘结剂的质量比为70wt％：20wt％：10wt％。

其中，粘结剂为LA133粘结剂。

更进一步的，一种高电位高容量有机聚合物正极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚乙烯基咔唑、导电碳材料分散在NMP中，搅拌10分钟后，再超声30分钟；

(2)称取混合后的聚乙烯基咔唑和导电碳材料，放入玛瑙研钵中，加入粘结剂，研磨30min，得浆料；

该浆料即为正极材料。