一种钠离子电池用隔膜的预钠化方法技术

本发明专利技术公开了一种钠离子电池用隔膜的预钠化方法，该方法包括以下步骤：(1)在加热釜中，在惰性气体保护下加入金属钠，加热至97℃～150℃使金属钠加热熔融制得金属钠熔体；(2)在真空或氩气的环境中，将熔融的钠通过涂布装置均匀涂布在隔膜上；(3)将涂有金属钠的隔膜在真空干燥环境或氩气保护下经过冷却辊进行冷却，冷却辊温度设定为30～70℃；(4)将冷却后的隔膜经过辊压机辊压，辊压机间隙范围为5μm～100μm，压力为2～100吨；(5)对辊压后的具有钠层的隔膜进行收卷，作为钠离子电池组装备用。本发明专利技术提供的预钠化方法能够有效提升钠离子电池首周库伦效率及克容量发挥，简单易行，可根据需求调整涂布钠层厚度。本发明专利技术可快速生产，成本低，操作方便。操作方便。操作方便。

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池用隔膜的预钠化方法


[0001]本专利技术涉及一种钠离子电池用隔膜的预钠化方法，属于钠离子电池


技术介绍

[0002]钠离子电池由于具有资源丰富、价格低廉、分布广等突出优势，引起了人们的广泛关注，并有望成为锂离子电池的替代品。近几年关于钠离子电池的研究取得了一定的成果，研究体系也得到了完善。钠离子能量密度(一般120Wh/kg)明显低于磷酸铁锂电池(160Wh/kg)与三元电池，较低的能量密度也限制了其商业化的应用。
[0003]目前报道的适合商业化的钠离子电池的负极材料都是硬碳，与锂离子电池相似的，在钠离子电池首周充放电过程中，在负极侧会消耗部分钠形成SEI膜，这对电池的比能量及后期的长寿命循环均会产生极大影响。在电池材料体系没有重大突破的前提下，目前通过预钠化处理对提高钠离子电池的能量密度及循环性能，以及推动钠离子电池产业化来说都是十分必要的。
[0004]早期的预钠化方法是将电池极片与钠金属组装成半电池后，通过电化学嵌钠方法预处理一下极片，再将这样的预钠化的极片用于全电池的组装上，但这样处理的成本较高，且价格比较昂贵，并不太适合连续化生产。
[0005]另一种预钠化的方法是通过补钠添加剂。如叠氮化钠(NaN3)、磷化钠(Na3P)、过氧化钠(Na2O2)、镍酸钠(NaNiO2)、碳酸钠(Na2CO3)、草酸钠(Na2C2O4)等。但就产业化而言，它们均存在一定的不足，如NaN3、Na3P剧毒且易爆；NaNiO2容量释放效率不高，不仅不能明显提升容量，且含有的重金属也对环境带来污染。
[0006]因此，发展一种简单易行，且易于产业化应用的预钠化方法具有重要意义。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种钠离子电池用隔膜的预钠化方法，采用该方法能够有效提升钠离子电池首周库伦效率及克容量发挥。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]一种钠离子电池用隔膜的预钠化方法，包括以下步骤：
[0010](1)在加热釜中，在惰性气体保护下加入金属钠，加热至98℃以上使金属钠加热熔融制得金属钠熔体；
[0011](2)在真空或氩气的环境中，将熔融的钠通过涂布装置均匀涂布在隔膜上；
[0012](3)将涂有金属钠的隔膜在真空干燥环境或氩气保护下经过冷却辊进行冷却，冷却辊温度设定为30～70℃；
[0013](4)将冷却后的隔膜经过辊压机辊压，压力为2～100吨；
[0014](5)对辊压后的具有钠层的隔膜进行收卷，作为钠离子电池组装备用。
[0015]优选地，所述步骤(1)中，加热釜内衬为陶瓷或聚四氟乙烯材料，所述惰性气体为氮气或氩气。
[0016]优选地，所述隔膜表面具有胶层，该胶层为聚合物粘结剂，如聚偏氟乙烯(PVDF)。所述隔膜的材质为PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PP/PE/PP(多层复合材料)中的一种。
[0017]优选地，所述步骤(2)中，所述隔膜预先在85℃真空干燥24h，涂布方式可为转移式、挤压式或浸泡式。
[0018]优选地，所述步骤(2)中，所述涂布装置的流体模具内表面有保温层，且涂布装置模头的间隙可调，间隙范围为5μm～100μm。
[0019]优选地，所述步骤(3)中，冷却辊表面具有保护层，该保护层材质为聚四氟乙烯、陶瓷、有机硅聚合物等。
[0020]优选地，所述步骤(4)中，辊压的主要作用是对涂钠层进行类似整形的作用，辊压机表面具有保护层，该保护层材质为聚四氟乙烯、陶瓷、有机硅聚合物等。辊压机辊缝间隙范围为5μm～100μm，在辊压过程中，控制辊压机辊缝间隙比涂钠之后的隔膜厚度小1～2μm即可
[0021]本专利技术的有益效果：
[0022]本专利技术提供的预钠化方法能够有效提升钠离子电池首周库伦效率及克容量发挥，简单易行，可根据需求调整涂布钠层厚度，即预钠量。本专利技术可快速生产，成本低，操作方便。
附图说明
[0023]图1为本专利技术的钠离子电池用隔膜的预钠化方法的流程示意图。
具体实施方式
[0024]以下结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。
[0025]如图1所示为本专利技术的预钠化方法的流程示意图。该方法的流程包括：将金属钠在加热釜中加热熔融制得金属钠熔体；通过涂布方式将熔融钠涂布至隔膜上；涂布方式可为转移式、挤压式或浸泡式等；涂布后将带有金属钠熔体涂层的隔膜在真空干燥环境或氩气保护下经冷却辊冷却，然后将带有金属钠层的隔膜进行辊压，最后收卷。
[0026]作为本专利技术的一个具体实施例，制备带有厚度约为15μm的金属钠层的隔膜，具体的预钠化过程为：
[0027]在加热釜中，在氩气保护下加入金属钠，加热至99℃使金属钠完全熔融得到金属钠熔体。在氩气的环境中，采用转移式涂布的方式，将熔融的金属钠通过涂布装置均匀涂布在隔膜上，其中，隔膜为PE材质，表面具有聚偏氟乙烯胶层，隔膜预先在85℃真空干燥24h；所使用的涂布装置的流体模具内表面有保温层，且涂布装置模头的间隙可调，间隙范围为25μm。将涂有金属钠的隔膜在氩气保护下经过冷却辊进行冷却，冷却辊表面具有聚四氟乙烯保护层，温度设定为30℃。将冷却后的隔膜经过辊压机辊压，辊压机表面具有聚四氟乙烯保护层，间隙范围为23μm，压力为50吨，获得钠层厚度为15μm的隔膜。对辊压后的具有钠层的隔膜进行收卷，作为钠离子电池组装备用。
[0028]在以下实施例中，钠离子电池按照钠离子电池的常规制作流程生产电芯。钠离子电池主要由正极、负极、具有钠层的隔膜、电解液组成。其中，正极可为过渡金属氧化物(Na
x
MO2型正极等)，聚阴离子型化合物(橄榄石型NaFePO4、NASICON型Na3V2(PO4)3、氟磷酸
盐、焦磷酸盐、硫酸盐)，普鲁士蓝类化合物等。负极为硬碳。以1M的NaPF6/EC+DEC+FEC(体积比为10:10:1)作为电解液。
[0029]实施例1
[0030]使用硬碳作为正极，金属钠作为负极；使用以上获得的具有厚度为15μm的钠层的隔膜组装扣式半电池；以0.05C充放电3周，电压区间为0.005
‑
2V。测定钠离子电池的克容量发挥(以电池的首周放电容量除以正极活性物质质量)和首周库伦效率，结果如表1所示。
[0031]实施例2
[0032]使用Na
0.67
Fe
0.5
Mn
0.5
O2作为正极，硬碳作为负极；使用以上获得的具有厚度为15μm的钠层的隔膜组装全电池；以0.1C充放电3周，电压区间为1.0
‑
4.1V。测定钠离子电池的克容量发挥和首周库伦效率，结果如表1所示。
[0033]对比例1
[0034]使用硬碳作为正极，金属钠作为负极；使用普通PE隔膜组装扣式半电池；以0.05C充放电3周，电压区间为0.005
‑
2V。测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池用隔膜的预钠化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在加热釜中，在惰性气体保护下加入金属钠，加热至97℃～150℃使金属钠加热熔融制得金属钠熔体；(2)在真空或氩气的环境中，将熔融的钠通过涂布装置均匀涂布在隔膜上；(3)将涂有金属钠的隔膜在真空干燥环境或氩气保护下经过冷却辊进行冷却，冷却辊温度设定为30～70℃；(4)将冷却后的隔膜经过辊压机辊压，辊压机间隙范围为5μm～100μm，压力为2～100吨；(5)对辊压后的具有钠层的隔膜进行收卷，作为钠离子电池组装备用。2.根据权利要求1所述的钠离子电池用隔膜的预钠化方法，其特征在于，所述步骤(1)中，加热釜内衬为陶瓷或聚四氟乙烯材料，所述惰性气体为氮气或氩气。3.根据权利要求1所述的钠离子电池用隔膜的预钠化方法，其特征在于，所述隔膜表面具有胶层，该胶层为聚合物粘结剂。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱义，杨江海，李翔，祁传磊，
申请(专利权)人：国联汽车动力电池研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：