一种导电材料、其制备方法及应用与流程

本发明属于钠离子电池，尤其涉及一种导电材料、其制备方法及应用。

背景技术：

1、随着全球新能源汽车产业进入快速发展期，由于锂资源供给的稀缺态势日益凸显，钠离子电池受到了国内外学术界和产业界的广泛关注，其相关研究更是迎来了爆发式增长。在储能、电动车领域高速发展的背景下，钠离子电池有着广阔的市场空间。

2、和锂离子电池相似，制备钠离子电池的原材料主要包括四大主材(正极材料、负极材料、电解液和隔膜)和关键辅材(极耳、集流体、粘结剂、导电剂、外壳组件等)。正极材料方面，目前投入研究比较多的包括层状氧化物、聚阴离子型、普鲁士蓝(白)等，其中层状氧化物正极材料的理论能量密度最高，有望率先商用；负极材料方面，现阶段技术路线以硬碳为主，软碳为辅；电解液方面，以六氟磷酸钠电解质为主；集流体方面，低成本铝箔替代铜箔正在不断推进中；隔膜材料可沿用锂电池隔膜体系。

3、在追求动力电池的高能量密度和低成本的过程中，正极材料的作用不可忽视。现有技术通过导电剂将铝集流体与正极材料之间连通导电。目前常用的导电剂为：导电炭黑super-p li，支链结构的科琴黑ecp，导电石墨ks-6、sfg-66，气相生长碳纤维vgcf，碳纳米管cnts和石墨烯及其复合导电剂等。然而，钠离子电池目前面临严重的钠枝晶以及电子离子传输性能较差，循环稳定性欠佳等问题，亟需解决。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种导电材料、其制备方法及应用，本发明中的导电材料能够降低钠离子电池正极与正极铝集流体之间的界面电阻，提升导电性能，调控沉积形貌，从而提高钠离子电池正极性能。

2、本发明提供一种导电材料，包括功能化的导电剂和固态电解质；

3、所述功能化的导电剂由卟啉对导电剂改性得到，所述卟啉具有氨基、羧基和羟基中的一种或几种官能团；所述导电剂为氧化石墨烯和/或官能化的碳纳米管；所述官能化的碳纳米管具有羧基、羰基和羟基中的一种或几种官能团；

4、所述固态电解质为氟化物固态电解质和/或氧化物固态电解质。

5、优选的，所述功能化的导电剂与固态电解质的质量比为(0.2～5):1。

6、优选的，所述卟啉包括四氨基苯基卟啉，四羟基苯基卟啉，四羧基苯基卟啉和四吡啶基卟啉中的一种或几种。

7、优选的，所述氟化物固态电解质选自na3alf6、na2tif6、na2zrf6、na2sif6中的一种或多种；所述氧化物固态电解质选自β-al2o3、掺杂有m元素的钠锆硅磷氧和未掺杂的钠锆硅磷氧中的一种或几种，所述m元素为碱土金属元素。

8、优选的，所述掺杂有m元素的钠锆硅磷氧中，m元素选自mg、ca、sr和ba中的一种或多种。

9、优选的，所述导电材料的粒径为50～600nm。

10、本发明提供如上文所述的导电材料的制备方法，包括以下步骤：

11、a)将卟啉与有机溶剂混合，得到卟啉溶液，然后将导电剂分散在卟啉溶液中，进行改性，得到功能化的导电剂；

12、b)将所述功能化的导电剂与固态电解质在液相中混合，得到导电材料。

13、优选的，所述卟啉与有机溶剂的质量比为1:(100～1500)，所述有机溶剂选自甲醇、乙醇和乙二醇中的一种或多种；所述卟啉与导电剂的质量比为1:(5～500)。

14、优选的，所述步骤a)改性中，的温度为20～50℃，所述步骤a)中改性的时间为1～3小时。

15、本发明提供一种正极材料，包括正极活性物质、粘结剂和上文所述的导电材料；所述粘结剂为pvdf。

16、本发明提供一种钠离子电池，包上文所述的正极材料。

17、本发明提供了一种导电材料，包括功能化的导电剂和固态电解质；所述功能化的导电剂由卟啉对导电剂改性得到，所述卟啉具有氨基、羧基和羟基中的一种或几种官能团；所述导电剂为氧化石墨烯和/或官能化的碳纳米管；所述官能化的碳纳米管具有羧基、羰基和羟基中的一种或几种官能团；所述固态电解质为氟化物固态电解质和/或氧化物固态电解质。本发明使用具有官能团的碳材料作为导电剂，同时添加具有特定官能团的卟啉作为添加剂，导电剂与官能团化的苯基卟啉间通过化学键形成强结合作用(n-h键,o-h键等)，卟啉分子的共轭π电子环的存在和分子间π-π共轭的相互作用使其具有强界面电场和界面适配，平均体系的电荷分配和提高电荷分离效率，提升离子电导；然后与固态电解质混合，固态电解质有着良好的离子电导传输，并可作为正极材料与铝集流体间的保护材料，防止正极材料因反应过程中的体积变化和副反应的发生而导致电池性能的降低。

18、与现有技术相比，本发明中的导电材料具有以下优点：

19、1、具有高电子电导，有效提升正极集流体的导电性能，避免了其发生反应或性能严重衰减。

20、2、具有高离子电导，有效改性正极的电导率，避免因晶界和接触界面的阻抗过大导致的离子通道堵塞。

21、3、能够调节钠离子的空间分布，抑制其在析出/嵌入过程中的流动不平均状况，实现平滑沉积形貌。

22、4、能够对正极进行保护，有效抑制反应过程中的副反应。

23、本发明通过掺杂固态电解质和修饰表面分子的方式制备了一种兼具高电子电导和离子电导的材料，相比其他制备方法工艺简单，能够实现多个对钠离子电池正极有益的技术效果。

技术特征：

1.一种导电材料，包括功能化的导电剂和固态电解质；

2.根据权利要求1所述的导电材料，其特征在于，所述功能化的导电剂与固态电解质的质量比为(0.2～5):1。

3.根据权利要求1所述的导电材料，其特征在于，所述卟啉包括四氨基苯基卟啉，四羟基苯基卟啉，四羧基苯基卟啉和四吡啶基卟啉中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的导电材料，其特征在于，所述氟化物固态电解质选自na3alf6、na2tif6、na2zrf6、na2sif6中的一种或多种；所述氧化物固态电解质选自β-al2o3、掺杂有m元素的钠锆硅磷氧和未掺杂的钠锆硅磷氧中的一种或几种，所述m元素为碱土金属元素。

5.根据权利要求1所述的导电材料，其特征在于，所述掺杂有m元素的钠锆硅磷氧中，m元素选自mg、ca、sr和ba中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的导电材料，其特征在于，所述导电材料的粒径为50～600nm。

7.如权利要求1～6任意一项所述的导电材料的制备方法，包括以下步骤：

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述卟啉与有机溶剂的质量比为1:(100～1500)，所述有机溶剂选自甲醇、乙醇和乙二醇中的一种或多种；所述卟啉与导电剂的质量比为1:(5～500)。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a)改性中，的温度为20～50℃，所述步骤a)中改性的时间为1～3小时。

10.一种正极材料，其特征在于，包括正极活性物质、粘结剂和权利要求1～5任意一项所述的导电材料；所述粘结剂为pvdf。

11.一种钠离子电池，其特征在于，包括权利要求10所述的正极材料。

技术总结
本发明提供了一种导电材料、其制备方法及应用，包括功能化的导电剂和固态电解质；所述功能化的导电剂由卟啉对导电剂改性得到，所述卟啉具有氨基、羧基和羟基中的一种或几种官能团；所述导电剂为氧化石墨烯和/或官能化的碳纳米管；所述官能化的碳纳米管具有羧基、羰基和羟基中的一种或几种官能团；所述固态电解质为氟化物固态电解质和/或氧化物固态电解质。本发明中具有官能团导电剂与官能团化的苯基卟啉间通过化学键形成强结合作用，平均体系的电荷分配和提高电荷分离效率，提升离子电导；然后与固态电解质混合，提高离子电导传输，防止正极材料因反应过程中的体积变化和副反应的发生而导致电池性能的降低。

技术研发人员：王锦,周龙捷,李立飞,李延凤,邹魁,冯超,狄伟民
受保护的技术使用者：江苏蓝固新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/7/15