钠离子电池负极补钠方法及钠离子电池技术

技术编号:19540372 阅读:139 留言:0更新日期:2018-11-24 20:05
本发明专利技术揭示了一种钠离子电池负极补钠方法及钠离子电池,包括:在惰性气氛中,将固态金属钠在一定温度下熔融,得到液态金属钠;将所述液态金属钠均匀添加于负极片的表面,使得所述液态金属钠渗入所述负极片的负极材料之间的空隙中;干燥所述负极片。本发明专利技术提供的钠离子电池负极补钠方法及钠离子电池,通过在惰性气氛中,将金属钠熔融后均匀添加于负极片的表面,简单高效地了实现对钠离子电池进行补钠,解决钠离子电池首次库伦效率低的问题,提高了钠离子电池整体的能量密度,对钠离子电池也无负面影响。

【技术实现步骤摘要】
钠离子电池负极补钠方法及钠离子电池
本专利技术涉及钠离子电池
,具体涉及一种钠离子电池负极补钠方法及钠离子电池。
技术介绍
在锂资源有限且成本较高的情况下,钠离子电池由于具有成本低、储量丰富、分布广泛的特点,将成为锂离子电池的理想替代者。钠离子电池的工作原理与锂离子电池类似,利用钠离子在正负极之间嵌脱过程实现充放电,故钠离子电池也存在首次库伦效率低的问题,主要是由于钠离子电池第一圈充电时从正极脱出的钠离子会在负极发生反应,形成SEI膜或发生其他副反应,造成活性钠离子损失。这样在钠离子电池放电时就无法有同等的钠离子从负极脱出返回正极,材料的性能无法完全发挥,导致电池的容量偏低。通过对钠离子电池进行补钠,可以解决钠离子电池首次库伦效率低的问题。现有关于钠离子电池的补钠方法有以下几种:1、将金属与氧化钠混合,共同作为添加剂加入正极材料,采用电化学的方式释放其中的钠离子,对钠离子电池进行补钠。2、将金属钠溶解于有机溶剂,然后将含钠有机溶液喷洒或滴加于负极片表面,使有机钠溶液中的钠离子被还原成金属钠并嵌入负极片中,完成对钠离子电池的补钠。上述方法1存在效率不高的缺点,电化学方法可以释放部分钠离子,但是还会剩余一些非活性的杂质,造成钠离子电池整体能量密度的降低。上述方法2存在工序较复杂的缺点,而且在负极中引入有机溶剂,在钠离子电池制作阶段可能会出现有机物残留在负极,从而使钠离子电池的性能恶化。
技术实现思路
本专利技术的主要目的为提供一种钠离子电池负极补钠方法,通过简单高效的方法实现对钠离子电池进行补钠,解决钠离子电池首次库伦效率低的问题。本专利技术提出一种钠离子电池负极补钠方法,包括以下步骤:在惰性气氛中,将固态金属钠在指定温度范围下熔融,得到液态金属钠;将指定量的所述液态金属钠均匀添加于负极片的表面,使得所述液态金属钠均匀渗入所述负极片的负极材料之间的空隙中;干燥所述负极片。优选地,所述在惰性气氛中,将固态金属钠在指定温度范围下熔融,得到液态金属钠的步骤包括:向熔融罐内输入指定量的惰性气体,并开启真空加热器将所述熔融罐加热到指定温度范围来对所述固态金属钠进行熔融,得到液态金属钠。优选地,所述将指定量的所述液态金属钠均匀添加于负极片的表面,使得所述液态金属钠均匀渗入所述负极片的负极材料之间的空隙中的步骤,包括:将所述液态金属钠输送至置于收放卷系统内的负极片上,通过控制所述液态金属钠从挤压模头挤出的速度,控制在所述负极片上添加所述液态金属钠的量与位置,使得所述液态金属钠均匀渗入所述负极片的负极材料之间的空隙中。优选地,所述惰性气氛采用的惰性气体包括氩气、氦气中的一种或两种。优选地,所述指定温度范围包括98℃至200℃。优选地,所述指定量的所述液态金属钠的范围为所述负极片的负极材料总容量的1%至25%。优选地,所述负极片的负极材料包括硬碳材料、硫化物、氧化物、金属单质以及合金材料中的一种或几种。本专利技术还提供了一种钠离子电池,包括利用上述的钠离子电池负极补钠方法制得的负极片。优选地,还包括正极片,所述正极片的正极材料包括磷酸钒钠、氟磷酸钒钠、钴酸钠、锰酸钠、镍酸钠以及普鲁士蓝类材料中的一种或几种。优选地,所述正负极理论比容量配比为1:1.03至1:1.2。本专利技术提供的一种钠离子电池负极补钠方法及钠离子电池,通过在惰性气氛中,将固态金属钠熔融,将熔融后的液态金属钠均匀添加于负极片的表面,熔融后的金属钠呈液体状态,能够嵌入到负极片的负极材料之间的空隙中,从而使得金属钠均匀分布于负极片内。本专利技术最终不会有金属氧化物等非活性的杂质残留在正极,也不需要配置金属有机钠溶液从而造成会有有机物残留在负极,通过直接将固态金属钠熔融后得到的液态金属钠均匀添加于负极片的表面,简单高效地了实现对钠离子电池进行补钠,解决钠离子电池首次库伦效率低的问题,提高了钠离子电池活性材料的利用率和整体的能量密度,对钠离子电池也无负面影响。附图说明图1是本专利技术一实施例的钠离子电池负极补钠的方法流程示意图。具体实施方式应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术,并不用于限定本专利技术。参照图1,本专利技术一实施例的一种钠离子电池负极补钠方法,包括:S1:在惰性气氛中,将固态金属钠在一定温度下熔融,得到液态金属钠。S2:将指定量的所述液态金属钠均匀添加于负极片的表面,使得所述液态金属钠均匀渗入所述负极片的负极材料之间的空隙中。S3:干燥所述负极片。其中,上述的步骤S1~S3都是在惰性气氛中进行的。根据金属钠的熔点(97.81℃),设定一个大于97.81℃的指定温度范围,使得在这个温度范围下能有效地将固态金属钠熔融成液态的金属钠状态;另外,添加的熔融后的液态金属钠全都是有效的电活性材料,添加的方式可以为喷洒或滴加,通过喷洒或滴加的时间便能控制添加到负极片表面的液态金属钠的量。负极片本身由负极材料、导电剂、粘结剂等组成,微观上负极片是多孔空隙结构,即负极活性材料颗粒之间存在间隙,或者负极活性材料颗粒与导电剂之间也存在空隙,这些空隙的存在是用于保留电解液,从而使得钠离子电池中的钠离子在正负极之间往返运动,实现钠离子电池的充放电循环。当往负极片的表面添加液态金属钠,由于液态金属钠具有液体的流动性,则液态金属钠会自动渗入多孔空隙结构中,在喷洒或者滴加时注意所添加的液态金属钠的位置分布,就能使钠均匀分布在负极片中,实现均匀补钠,防止负极片的析钠和变形,提高钠离子电池的首次库伦效率,进而提高钠离子电池的能量密度。钠离子电池的工作原理与锂离子电池类似,同样会面临电极材料首次库伦效率较低的问题,首次库伦效率较低的原因主要是因为电池首次充电时从正极脱出的钠离子会在负极发生反应,形成SEI膜或发生其它副反应,造成活性钠离子损失。在液态钠离子电池首次充放电过程中,电极材料与电解液在固液相界面上发生反应,形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层。这种钝化层是一种界面层,具有固体电解质的特征,是电子绝缘体,但是却是钠离子的良导体,钠离子可通过该钝化层自由地嵌入和脱出,因此这层钝化膜称为固体电解质界面膜(SolidElectrolyteInterface简称:SEI)。由于部分钠离子参与形成SEI膜或者其它副反应,在电池放电时就无法有同等的钠离子从负极脱出返回正极,导致电芯的容量偏低。本专利技术实施例通过向钠离子电池的负极片的表面均匀添加指定量的熔融后的液态金属钠,由于液体具有流动性,则液体状态的金属钠能够自动渗入负极片的负极材料之间的空隙中,来弥补活性物质材料中活性钠离子的损失,进而解决了钠离子电池的首效库伦效率的问题。进一步地,上述S1步骤包括:S10:向熔融罐内输入指定量的惰性气体,并开启真空加热器将所述熔融罐加热到指定温度范围来对所述固态金属钠进行熔融,得到液态金属钠。其中,熔融罐与真空加热器设置于特定的补钠装置内,熔融罐属于密封装置,用于熔融固态金属钠,容积可跟据实际情况而定,且熔融罐的材质为耐腐蚀、耐高温且不与熔融钠反应的铬-镍奥氏体不锈钢材料;真空加热器用于加热熔融罐,以熔融固态金属钠,从而得到液态金属钠。进一步地,上述S2步骤,包括:S20:将所述液态金属钠输送至置于收放卷系统内的负极片上,通过控制所述液态金属钠从挤压模头挤出的速度,控制在所述负极片上添加所述液态金属钠的量与位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钠离子电池负极补钠方法,其特征在于,包括以下步骤:在惰性气氛中,将固态金属钠在指定温度范围下熔融,得到液态金属钠;将指定量的所述液态金属钠均匀添加于负极片的表面,使得所述液态金属钠均匀渗入所述负极片的负极材料之间的空隙中;干燥所述负极片。

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池负极补钠方法,其特征在于,包括以下步骤:在惰性气氛中,将固态金属钠在指定温度范围下熔融,得到液态金属钠;将指定量的所述液态金属钠均匀添加于负极片的表面,使得所述液态金属钠均匀渗入所述负极片的负极材料之间的空隙中;干燥所述负极片。2.根据权利要求1所述的钠离子电池负极补钠方法,其特征在于,所述在惰性气氛中,将固态金属钠在指定温度范围下熔融,得到液态金属钠的步骤包括:向熔融罐内输入指定量的惰性气体,并开启真空加热器将所述熔融罐加热到指定温度范围来对所述固态金属钠进行熔融,得到液态金属钠。3.根据权利要求1所述的钠离子电池负极补钠方法,其特征在于,将指定量的所述液态金属钠均匀添加于负极片的表面,使得所述液态金属钠均匀渗入所述负极片的负极材料之间的空隙中的步骤,包括:将所述液态金属钠输送至置于收放卷系统内的负极片上,通过控制所述液态金属钠从挤压模头挤出的速度,控制在所述负极片上添加所述液态金属钠的量与位置,使得所述液态金属钠均匀渗入所述负极片的负极材料之...

【专利技术属性】
技术研发人员:李国龙张耀陈辉
申请(专利权)人:欣旺达电子股份有限公司
类型:发明
国别省市:广东,44

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