鈉離子電池及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)揭示了一種鈉離子電池制備方法，包括：對(duì)預(yù)設(shè)的負(fù)極極片進(jìn)行補(bǔ)鈉處理，得到富鈉的負(fù)極極片；將預(yù)設(shè)的正極極片和所述富鈉的負(fù)極極片與隔膜組配成電芯，放置于電池殼體內(nèi)封裝；對(duì)封裝后的所述電池殼體內(nèi)注入指定電解液，靜置一定時(shí)間后化成，得到鈉離子電池。本發(fā)明專利技術(shù)的鈉離子電池，首次效率可以大幅提高，同時(shí)提高了電池活性材料的利用率和整體的能量密度。

Sodium ion battery and preparation method thereof

The invention discloses a preparation method of sodium ion battery, including: the preset anode of sodium, sodium rich get negative pole piece; the cathode will preset the cathode and the sodium rich pole piece and the diaphragm assembly into an electrical core, placed in sealed inside the battery shell; the battery shell encapsulated into the specified electrolyte, standing for a certain period of time after the formation, by sodium ion battery. The invention can greatly increase the efficiency of the sodium ion battery for the first time, and improve the utilization ratio of the active material and the overall energy density of the battery.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
鈉離子電池及其制備方法
本專利技術(shù)涉及到新能源領(lǐng)域，特別是涉及到鈉離子電池及其制備方法。
技術(shù)介紹
鈉離子電池工作原理是利用鈉離子在正負(fù)極之間嵌脫過(guò)程實(shí)現(xiàn)充放電。鈉離子電池具有的優(yōu)勢(shì)有：(1)鈉鹽原材料儲(chǔ)量豐富，價(jià)格低廉，原料成本降低一半；(2)由于鈉鹽特性，允許使用低濃度電解液(同樣濃度電解液，鈉鹽電導(dǎo)率高于鋰電解液20％左右)降低成本；(3)鈉離子不與鋁形成合金，負(fù)極可采用鋁箔作為集流體，可以進(jìn)一步降低成本8％左右，降低重量10％左右；(4)由于鈉離子電池?zé)o過(guò)放電特性，允許鈉離子電池放電到零伏。鈉離子電池能量密度大于100Wh/kg，且其成本優(yōu)勢(shì)明顯，有望在大規(guī)模儲(chǔ)能中取代傳統(tǒng)鉛酸電池。但鈉離子電池會(huì)面臨電極材料首次庫(kù)倫效率較低的問(wèn)題，首效較低的原因主要是因?yàn)殡姵厥状纬潆姇r(shí)從正極脫出的鈉離子會(huì)在負(fù)極發(fā)生反應(yīng)，形成SEI膜或發(fā)生其他副反應(yīng)，造成活性鈉離子損失。這樣在電池放電時(shí)就無(wú)法有同等的鈉離子從負(fù)極脫出返回正極，導(dǎo)致電芯的容量偏低。因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待改進(jìn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的主要目的為提供一種鈉離子電池的制備方法，旨在解決現(xiàn)有鈉離子電池的首次庫(kù)倫效率低的問(wèn)題。本專利技術(shù)提出一種鈉離子電池制備方法，包括：對(duì)預(yù)設(shè)的負(fù)極極片進(jìn)行補(bǔ)鈉處理，得到富鈉的負(fù)極極片；將預(yù)設(shè)的正極極片和所述富鈉的負(fù)極極片裁片后與隔膜組配成電芯，放置于電池殼體內(nèi)封裝；對(duì)封裝后的所述電池殼體內(nèi)注入指定電解液，靜置一定時(shí)間后化成，得到鈉離子電池。優(yōu)選地，所述對(duì)預(yù)設(shè)的負(fù)極極片進(jìn)行補(bǔ)鈉處理，得到富鈉的負(fù)極極片的步驟，包括：在惰性氣氛中，將有機(jī)鈉溶液噴灑或滴加于負(fù)極極片的表面，使有機(jī)鈉溶液中的鈉離子被還原成金屬鈉并嵌入負(fù)極極片中，烘干后得到富鈉的負(fù)極極片。優(yōu)選地，所述對(duì)預(yù)設(shè)的負(fù)極極片進(jìn)行補(bǔ)鈉處理，得到富鈉的負(fù)極極片的步驟，包括：通過(guò)振動(dòng)篩選的方式，將納米或微米金屬鈉顆粒分散在負(fù)極極片表面進(jìn)行補(bǔ)鈉，得到富鈉的負(fù)極極片。優(yōu)選地，所述對(duì)預(yù)設(shè)的負(fù)極極片進(jìn)行補(bǔ)鈉處理，得到富鈉的負(fù)極極片的步驟，包括：通過(guò)擠壓涂布的方式將熔融金屬鈉涂布在負(fù)極極片表面，進(jìn)行補(bǔ)鈉，得到富鈉的負(fù)極極片。優(yōu)選地，所述對(duì)預(yù)設(shè)的負(fù)極極片進(jìn)行補(bǔ)鈉處理，得到富鈉的負(fù)極極片的步驟，包括：將負(fù)極極片在含鈉溶液中進(jìn)行電鍍補(bǔ)鈉，烘干后得到富鈉的負(fù)極極片。優(yōu)選地，所述對(duì)預(yù)設(shè)的負(fù)極極片進(jìn)行補(bǔ)鈉處理，得到富鈉的負(fù)極極片的步驟，包括：通過(guò)物理氣相沉積的方法將鈉沉積在負(fù)極極片上進(jìn)行補(bǔ)鈉，得到富鈉的負(fù)極極片。優(yōu)選地，所述正極極片的制備方法為：將正極活性材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑以一定比例分散在指定溶劑中，攪拌均勻形成正極漿料；將所述正極漿料涂布于正極集流體，烘干后制備得到正極極片；所述正極漿料中添加一定比例的富鈉化合物。優(yōu)選地，所述負(fù)極極片的制備方法為：將負(fù)極活性材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑以一定比例分散在所述溶劑中，攪拌均勻形成負(fù)極漿料；將所述負(fù)極漿料涂布于負(fù)極集流體，烘干后制備得到負(fù)極極片；所述負(fù)極漿料中添加一定比例的富鈉化合物或金屬鈉。本專利技術(shù)還提供了一種鈉離子電池，由上述制備方法制備而成。優(yōu)選地，所述正負(fù)極理論比容量配比為1:1.05至1:1.5。本專利技術(shù)有益技術(shù)效果：相比與通常工藝制備的鈉離子電池，本專利技術(shù)的鈉離子電池，首次效率可以提高20％以上，大幅提高了電池活性材料的利用率和整體的能量密度；本專利技術(shù)中的鈉離子電池由于經(jīng)過(guò)補(bǔ)鈉處理，其負(fù)極材料可以選用首效較低但是其他性能更加優(yōu)秀的電極材料，比如硬碳；其正極材料也不要求必須是富鈉的正極材料，其他一些貧鈉的正極材料比如貧鈉普魯士藍(lán)也可以用作鈉離子電池正極材料，增大了材料選擇范圍，而且正、負(fù)極材料配比更加優(yōu)化。附圖說(shuō)明圖1本專利技術(shù)一實(shí)施例中鈉離子電池制備方法流程示意圖。本專利技術(shù)目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說(shuō)明。具體實(shí)施方式應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本專利技術(shù)，并不用于限定本專利技術(shù)。參照?qǐng)D1，本專利技術(shù)實(shí)施例提出一種鈉離子電池制備方法，包括：S1：對(duì)預(yù)設(shè)的負(fù)極極片進(jìn)行補(bǔ)鈉處理，得到富鈉的負(fù)極極片；S2：將預(yù)設(shè)的正極極片和所述富鈉的負(fù)極極片與隔膜組配成電芯，放置于電池殼體內(nèi)封裝；S3：對(duì)封裝后的所述電池殼體內(nèi)注入指定電解液，靜置一定時(shí)間后化成，得到鈉離子電池。在液態(tài)鈉離子電池首次充放電過(guò)程中，電極材料與電解液在固液相界面上發(fā)生反應(yīng)，形成一層覆蓋于電極材料表面的鈍化層。這種鈍化層是一種界面層，具有固體電解質(zhì)的特征，是電子絕緣體，但卻是鈉離子的良導(dǎo)體，鈉離子可通過(guò)該鈍化層自由地嵌入和脫出，因此這層鈍化膜稱為固體電解質(zhì)界面膜(SolidElectrolyteInterface簡(jiǎn)稱：SEI)。由于部分鈉離子參與形成SEI或其它副反應(yīng)，在電池放電時(shí)就無(wú)法有同等的鈉離子從負(fù)極脫出返回正極，導(dǎo)致電芯的容量偏低。本專利技術(shù)實(shí)施例通過(guò)在鈉離子電池的正極材料中加入金屬單質(zhì)與鈉鹽，并在化成時(shí)設(shè)定合適的電壓范圍使金屬單質(zhì)與鈉鹽完全反應(yīng)，得到鈉離子，并參與到形成SEI膜或發(fā)生其他副反應(yīng)，彌補(bǔ)活性物質(zhì)材料中活性鈉離子的損失，進(jìn)而鈉離子電池的首效庫(kù)倫效率的問(wèn)題。通過(guò)負(fù)極極片補(bǔ)鈉工藝處理后得到富鈉的負(fù)極極片，解決了鈉離子電池的首效庫(kù)倫效率低的問(wèn)題。鈉離子電池的常規(guī)制作方法為：以硬碳為負(fù)極材料，并按照負(fù)極材料、導(dǎo)電劑(SuperP導(dǎo)電炭黑)以及粘結(jié)劑PVDF(PolyvinylideneFluoride聚偏氟乙稀)的質(zhì)量配比為0.94:0.04:0.02進(jìn)行混料，涂布制備負(fù)極極片；以普魯士藍(lán)為正極材料，并按正極材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑的質(zhì)量配比為0.95:0.03:0.02進(jìn)行混料，涂布制備正極極片，所述正、負(fù)極活性物質(zhì)摩爾配比為1:1.05。以所述正、負(fù)極極片卷繞制備軟包電芯，電解液采用1M的NaClO4/PC，組裝成鈉離子電池。化成過(guò)程，0.02C充電到3.5V，隨后0.2C充電到4.0V，完成化成。分容電壓2.5-4.2V。電芯正常的工作電壓為2.5-4.2V。所對(duì)應(yīng)電池記為對(duì)照組D，具體的電池?cái)?shù)據(jù)見(jiàn)下表。以下方案中電池制備工藝中進(jìn)行了補(bǔ)鈉工藝處理，具體方案如下所示：進(jìn)一步地，所述對(duì)預(yù)設(shè)的負(fù)極極片進(jìn)行補(bǔ)鈉處理，得到富鈉的負(fù)極極片的步驟，包括：在惰性氣氛中，將有機(jī)鈉溶液噴灑或滴加于負(fù)極片表面，使有機(jī)鈉溶液中的鈉離子被還原成金屬鈉并嵌入負(fù)極片中，烘干后得到富鈉的負(fù)極極片。采用普魯士藍(lán)為正極，硬碳為負(fù)極組裝鈉離子。電池?cái)嚢韬屯坎歼^(guò)程不變。制片后，在惰性氣氛中，將有機(jī)鈉溶液噴灑或滴加于負(fù)極片表面，使有機(jī)鈉溶液中的鈉離子被還原成金屬鈉并嵌入負(fù)極片中，然后干燥負(fù)極片，即完成了補(bǔ)鈉過(guò)程，后續(xù)電芯制作過(guò)程與上述常規(guī)電芯一樣。該方法制作的電池記為B1，具體的電池?cái)?shù)據(jù)見(jiàn)下表。進(jìn)一步地，所述對(duì)預(yù)設(shè)的負(fù)極極片進(jìn)行補(bǔ)鈉處理，得到富鈉的負(fù)極極片的步驟，包括：通過(guò)振動(dòng)篩選的方式，將納米或微米金屬鈉顆粒分散在負(fù)極片表面進(jìn)行補(bǔ)鈉，得到富鈉的負(fù)極極片。采用普魯士藍(lán)為正極，硬碳為負(fù)極組裝鈉離子。電池?cái)嚢柽^(guò)程不變。漿料涂布階段后期，極片通過(guò)特定的裝置，該裝置通過(guò)振動(dòng)篩選的方式，將納米或微米金屬鈉顆粒分散在負(fù)極片表面，進(jìn)行補(bǔ)鈉。該裝置整體處于氬氣保護(hù)之后，還可以在補(bǔ)鈉裝置的兩端加裝吸塵除塵裝置，避免鈉顆粒散入環(huán)境中。該方法制作的電池記為B2，具體的電池?cái)?shù)據(jù)見(jiàn)下表。進(jìn)一步地，所述對(duì)預(yù)設(shè)的負(fù)極極片進(jìn)行補(bǔ)鈉處理，得到富鈉本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種鈉離子電池制備方法，其特征在于，包括：對(duì)預(yù)設(shè)的負(fù)極極片進(jìn)行補(bǔ)鈉處理，得到富鈉的負(fù)極極片；將預(yù)設(shè)的正極極片和所述富鈉的負(fù)極極片與隔膜組配成電芯，放置于電池殼體內(nèi)封裝；對(duì)封裝后的所述電池殼體內(nèi)注入指定電解液，靜置一定時(shí)間后化成，得到鈉離子電池。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種鈉離子電池制備方法，其特征在于，包括：對(duì)預(yù)設(shè)的負(fù)極極片進(jìn)行補(bǔ)鈉處理，得到富鈉的負(fù)極極片；將預(yù)設(shè)的正極極片和所述富鈉的負(fù)極極片與隔膜組配成電芯，放置于電池殼體內(nèi)封裝；對(duì)封裝后的所述電池殼體內(nèi)注入指定電解液，靜置一定時(shí)間后化成，得到鈉離子電池。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈉離子制備方法，其特征在于，所述對(duì)預(yù)設(shè)的負(fù)極極片進(jìn)行補(bǔ)鈉處理，得到富鈉的負(fù)極極片的步驟，包括：在惰性氣氛中，將有機(jī)鈉溶液噴灑或滴加于負(fù)極極片的表面，使有機(jī)鈉溶液中的鈉離子被還原成金屬鈉并嵌入負(fù)極片中，烘干后得到富鈉的負(fù)極極片。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈉離子制備方法，其特征在于，所述對(duì)預(yù)設(shè)的負(fù)極極片進(jìn)行補(bǔ)鈉處理，得到富鈉的負(fù)極極片的步驟，包括：通過(guò)振動(dòng)篩選的方式，將納米或微米金屬鈉顆粒分散在負(fù)極極片表面進(jìn)行補(bǔ)鈉，得到富鈉的負(fù)極極片。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈉離子制備方法，其特征在于，所述對(duì)預(yù)設(shè)的負(fù)極極片進(jìn)行補(bǔ)鈉處理，得到富鈉的負(fù)極極片的步驟，包括：通過(guò)擠壓涂布的方式將熔融金屬鈉涂布在負(fù)極極片的表面，進(jìn)行補(bǔ)鈉，得到富鈉的負(fù)極極片。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈉離子制備方法，其特征在于，所述對(duì)預(yù)設(shè)的負(fù)極極片進(jìn)行補(bǔ)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李國(guó)龍，褚春波，徐延杰，張耀，王明旺，梁銳，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：欣旺達(dá)電子股份有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：廣東,44