[发明专利]一种钠离子电池用正极材料及包括该正极材料的钠离子电池

说明书

本发明提供了一种钠离子电池用正极材料及包括该正极材料的钠离子电池，所述正极材料包括正极活性物质、粘结剂、导电剂和补钠添加剂，相对于现有技术，本发明具有以下优点：本发明加入的补钠添加剂为钠的化合物，不会改变正极电位，且在化成充电时才会分解，分解后产生的气体可以在化成时除去，产生的钠则在充电时由正极转移到负极并在负极形成SEI膜，填补了形成SEI膜所需的钠，因此可降低正极钠离子的消耗，降低钠离子电池的不可逆容量，提高钠离子电池首次库伦效率，提高钠离子电池的循环性能。本发明提供的钠离子电池补偿钠离子的方法，安全、实用，且操作方便。

技术领域

本发明属于储能器件领域，尤其涉及一种钠离子电池用正极材料及包括该正极材料的钠离子电池。

背景技术

钠离子电池是解决大规模储能问题的可靠选择，其与锂离子电池的工作原理类似，是利用钠离子在正负极之间不断嵌入/脱出实现电池的可充放电。同锂离子电池相比，钠离子电池具有钠储量丰富、价格低廉等特点；同时，由于同浓度的电解液中钠盐的电导率高于锂盐电解液约20％，可使用低浓度的电解液；此外，钠离子在低电极电位下也难以与铝形成合金，负极可以采用铝箔作为集流体，无过放电特性等优点，这些优点使得相对于锂离子电池而言大大降低成本，因此钠离子电池在大规模储能中具有广泛的应用前景。

钠离子电池和锂离子电池表面上看仅仅是嵌入离子的不同，但其对电极材料的要求却是截然不同的。由于嵌入离子的半径的不同，使得很多在锂离子电池中得到广泛利用的电极材料诸如石墨等在钠离子电池中无法得到较好的利用，而其他负极材料的使用又会带来首次充放电时活性钠离子损失的问题。因此，相比于锂离子电池领域，钠离子电池领域还有很多技术难题需要克服，其技术成熟度严重滞后于锂离子电池。

碳基材料由于资源丰富、环境友好、价格低廉等优点，被视为最具发展潜力的钠离子电池负极材料，其中硬碳、炭黑、碳纤维、石墨烯等相继见诸报端。但如上分析，碳基材料存在首次充放电时活性钠离子损失的问题，这也导致首次充放电库伦效率极低，使其难以满足目前商业应用需求的问题。

与碳基负极材料相似，Na₂Fe₂(SO₄)₃、Na₂TiO₇、NaTiOPO₄、NaTi₂(PO₄)₃、对苯二甲酸二钠、2,5-羟基-1,4-苯醌二钠等钠离子电池负极材料，都存在不同程度的首次充放电库伦效率较低的问题。首次充放电库伦效率较低对电池有着极大影响，主要体现在降低电池能量密度方面，因此寻求一种提高钠离子电池首次充放电库伦效率的技术成为了研究热点。

目前主要的补钠方法主要有喷涂钠粉法、喷洒有机钠溶液法、正极添加剂补钠法等。但钠粉法和有机钠溶液法均直接使用金属钠，从而导致对环境要求极为苛刻，难以大规模生产并存在安全问题。因此，开发出简单、高效的补钠技术具有极其重要的意义。

发明内容

为了改善现有技术的不足和缺陷，本发明的目的在于提供一种钠离子电池用正极材料及包括该正极材料的钠离子电池，所述钠离子电池用正极材料的使用可以对钠离子电池实现正极补钠，提高钠离子电池首次库伦效率的同时可以增加钠离子电池的能量密度，从而改善钠离子电池正极材料电化学性能。本申请的发明人经过大量的实验研究发现，正极补钠添加剂因具有较高的克容量及较低的首效，其在正常充电过程中脱出大量的钠离子用于补充负极形成SEI膜所消耗的钠离子，而在放电过程中因较低的首效而不会接受大量的钠离子，从而提高电池的容量。

为了实现上述发明目的，本发明提供一种钠离子电池用正极材料，所述正极材料包括正极活性物质、粘结剂、导电剂和补钠添加剂；

所述补钠添加剂为过渡金属钠盐、叠氮钠、方酸类钠盐、酰肼类钠盐和普鲁士蓝钠盐中的一种或其组合。