一种锂钠复合双离子电池及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂钠复合双离子电池及制备方法，电池的正极与负极均为双面异相结构，正极两侧分别涂覆锂基正极材料活性物质和钠基正极材料活性物质，负极两侧分别涂覆锂离子电池负极材料活性物质和钠离子电池负极材料活性物质，其中正极侧锂基正极材料活性物质与锂离子电池负极材料活性物质相对，正极侧钠基正极材料活性物质与钠离子电池负极材料活性物质相对，正极与负极之间使用隔膜隔开，并添加同时含有锂盐与钠盐两种电解质盐的电解液进行离子传输。本发明专利技术的锂钠复合双离子电池工作电压范围更宽，且与传统磷酸铁锂电池相比电压平台更为倾斜，有利于电池SOC的估算，可兼顾锂离子电池长循环寿命和钠离子电池低温、倍率性能优异的特点。率性能优异的特点。率性能优异的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种锂钠复合双离子电池及制备方法


[0001]本专利技术属于电池
，尤其涉及一种锂钠复合双离子电池及制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有比能量高、循环寿命长、电压平台高、自放电小等优良特性，被应用于各种电子产品、汽车动力电池以及储能电站中。而近年来，钠离子电池因其资源丰度高、成本低廉、低温性能优异等特性也受到了广泛关注。
[0003]随着全球锂离子电池市场规模的不断扩大，锂资源的开发速度已经很难满足日益增长的需求，也导致电池成本不断攀升。但是由于钠离子电池相比于锂离子电池能量密度不高，即使有着更廉价、丰富的钠资源，却还是难以承担替代锂离子电池的作用，市场应用面较窄。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术首先提供了一种锂钠复合双离子电池，其中正极集流体采用铝箔，一面涂覆含锂正极材料，另一面涂覆含钠正极材料，负极集流体采用铜箔，一面涂覆石墨材料，另一面涂覆硬碳材料。
[0005]与锂离子电池不同，由于钠和锂的电负性和离子半径的差异，使得钠离子无法有效的在石墨材料中进行嵌入和脱嵌，而硬碳材料是由无序少层的石墨片层和纳米尺寸的孔隙共同组成，可以满足高电压下钠离子在其表面吸附和嵌入，及低电压下在孔隙之间填充。在制作电芯时使极片含锂正极材料侧与负极石墨侧相对，另一面含钠正极材料侧与负极硬碳侧相对，注入含有锂盐和钠盐两种电解质盐的电解液，同时满足电解液中锂离子和钠离子的传导。
[0006]其次，本专利技术提供了上述锂钠复合双离子电池的制备方法。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]本专利技术首先提供的一种锂钠复合双离子电池，所述锂钠复合双离子电池的正极与负极均为双面异相结构，正极两侧分别涂覆锂基正极材料活性物质和钠基正极材料活性物质，负极两侧分别涂覆锂离子电池负极材料活性物质和钠离子电池负极材料活性物质，其中正极侧锂基正极材料活性物质与锂离子电池负极材料活性物质相对，正极侧钠基正极材料活性物质与钠离子电池负极材料活性物质相对，正极与负极之间使用隔膜隔开，并添加同时含有锂盐与钠盐两种电解质盐的电解液进行离子传输。
[0009]作为本专利技术的一种优选方案，所述的锂基正极材料活性物质为锰酸锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂中的一种或几种；
[0010]所述的钠基正极材料活性物质为层状氧化物类、聚阴离子类、普鲁士蓝类、有机类钠离子正极材料中的一种或几种；
[0011]所述的锂离子电池负极材料活性物质为石墨、硅、氧化亚硅、中间相碳微球中的一种或多种；
[0012]所述的钠离子电池负极材料活性物质为硬碳。
[0013]作为本专利技术的一种优选方案，所述的隔膜为涂层隔膜，基膜材料为聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯中的一种或多种，涂层材料为氧化物陶瓷、氧化物固态电解质、聚偏氟乙烯中的一种或几种。
[0014]作为本专利技术的一种优选方案，所述的电解液包括锂盐、钠盐、有机溶剂和添加剂；
[0015]所述的锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂、碳酸锂、氟化锂、高氯酸锂中的一种或几种；
[0016]所述的钠盐包括高氯酸钠、六氟磷酸钠、四氟硼酸钠、双(三氟甲基磺酰)亚胺钠、双(氟磺酰)亚胺钠、碳酸钠中的一种或几种。
[0017]作为本专利技术的一种优选方案，所述的有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、γ
‑
丁内酯、δ－戊内酯、乙二醇二甲醚、四氢呋喃、1，3
‑
氧环戊烷、1,1,2,2
‑
四氟乙基
‑
2,2,3,3
‑
四氟丙基醚中的一种或几种。
[0018]作为本专利技术的一种优选方案，所述的添加剂包括碳酸亚乙烯酯、1,3
‑
丙烷磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯、三氟甲基碳酸乙烯酯、乙烯基碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、甲基硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯、亚硫酸乙烯酯、联苯、联苯醚、环已基苯、丁二酸酐、丁二腈、已二腈、戊二腈、甲苯、二甲苯、氟苯、对氟甲苯、对氟苯甲醚、二氟碳酸乙烯酯、丙烯磺酸内酯、丁烷磺酸内酯、甲烷二磺酸亚甲酯、乙二醇双(丙腈)醚、六甲基二硅氮烷、甲基膦酸二甲酯、乙基膦酸二乙酯、磷酸三甲酯、磷酸三苯酯、亚磷酸三苯酯、三(三甲基硅基)硼酸酯、三(三甲基硅基)磷酸酯、六氟环三磷腈、氟磺酰异氰酸酯中的一种或几种。
[0019]作为本专利技术的一种优选方案，所述的正极，集流体为铝箔，按质量百分比计量，铝箔1％
‑
10％，锂基正极材料活性物质15％
‑
65％，钠基正极材料活性物质15％
‑
65％，粘结剂1％
‑
10％，导电剂1％
‑
10％；
[0020]所述的负极，集流体为铜箔，按质量百分比计量，铜箔1％
‑
15％，锂离子电池负极材料活性物质15％
‑
65％，钠离子电池负极材料活性物质15％
‑
65％，粘结剂1％
‑
10％，导电剂1％
‑
10％。
[0021]作为本专利技术的一种优选方案，所述的电解液，按质量百分比计量，锂盐5％
‑
20％，钠盐5％
‑
20％，有机溶剂20％
‑
80％，添加剂1％
‑
10％。
[0022]作为本专利技术的一种优选方案，所述的隔膜，基膜厚度为5
‑
100μm，涂层厚度为1
‑
50μm，室温离子电导率10
‑6‑
10
‑2S/cm，电化学窗口为0
‑
6.5V。
[0023]本专利技术其次提供的上述锂钠复合双离子电池的制备方法，包括以下步骤：
[0024]1)将锂基正极材料活性物质、粘结剂、导电剂均匀分散在溶剂中，得到正极浆料A，将钠基正极材料活性物质、粘结剂、导电剂均匀分散在溶剂中，得到正极浆料B；
[0025]2)将锂离子电池负极材料活性物质、粘结剂与导电剂均匀分散在溶剂中，得到负极浆料C，将钠离子电池负极材料活性物质、粘结剂与导电剂均匀分散在溶剂中，得到负极浆料D；
[0026]3)将步骤1)中的正极浆料A，正极浆料B分别均匀涂覆在正极集流体的正、反面，将步骤2)中的负极浆料C，负极浆料D分别均匀涂覆在负极集流体的正、反面，然后放入烘箱中进行烘烤，得到电池正极极片和负极极片；
[0027]4)将锂盐、钠盐、溶剂与添加剂在真空搅拌罐中均匀分散，制得锂钠复合双离子电解液；
[0028]5)将步骤3)中制得的正极极片和负极极片进行辊压、模切，然后正极极片A面对负极极片C面，正极极片B面对负极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂钠复合双离子电池，其特征在于，所述锂钠复合双离子电池的正极与负极均为双面异相结构，正极两侧分别涂覆锂基正极材料活性物质和钠基正极材料活性物质，负极两侧分别涂覆锂离子电池负极材料活性物质和钠离子电池负极材料活性物质，其中正极侧锂基正极材料活性物质与锂离子电池负极材料活性物质相对，正极侧钠基正极材料活性物质与钠离子电池负极材料活性物质相对，正极与负极之间使用隔膜隔开，并添加同时含有锂盐与钠盐两种电解质盐的电解液进行离子传输。2.根据权利要求1所述的一种锂钠复合双离子电池，其特征在于，所述的锂基正极材料活性物质为锰酸锂、钴酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂中的一种或几种；所述的钠基正极材料活性物质为层状氧化物类、聚阴离子类、普鲁士蓝类、有机类钠离子正极材料中的一种或几种；所述的锂离子电池负极材料活性物质为石墨、硅、氧化亚硅、中间相碳微球中的一种或多种；所述的钠离子电池负极材料活性物质为硬碳。3.根据权利要求1所述的一种锂钠复合双离子电池，其特征在于，所述的隔膜为涂层隔膜，基膜材料为聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯中的一种或多种，涂层材料为氧化物陶瓷、氧化物固态电解质、聚偏氟乙烯中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的一种锂钠复合双离子电池，其特征在于，所述的电解液包括锂盐、钠盐、有机溶剂和添加剂；所述的锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂、双(氟磺酰)亚胺锂、碳酸锂、氟化锂、高氯酸锂中的一种或几种；所述的钠盐包括高氯酸钠、六氟磷酸钠、四氟硼酸钠、双(三氟甲基磺酰)亚胺钠、双(氟磺酰)亚胺钠、碳酸钠中的一种或几种。5.根据权利要求4所述的一种锂钠复合双离子电池，其特征在于，所述的有机溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、γ
‑
丁内酯、δ－戊内酯、乙二醇二甲醚、四氢呋喃、1，3
‑
氧环戊烷、1,1,2,2
‑
四氟乙基
‑
2,2,3,3
‑
四氟丙基醚中的一种或几种。6.根据权利要求4所述的一种锂钠复合双离子电池，其特征在于，所述的添加剂包括碳酸亚乙烯酯、1,3
‑
丙烷磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯、三氟甲基碳酸乙烯酯、乙烯基碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、甲基硫酸乙烯酯、硫酸丙烯酯、亚硫酸乙烯酯、联苯、联苯醚、环已基苯、丁二酸酐、丁二腈、已二腈、戊二腈、甲苯、二甲苯、氟苯、对氟甲苯、对氟苯甲醚、二氟碳酸乙烯酯、丙烯磺酸内酯、丁烷磺酸内酯、甲烷二磺酸亚甲酯、乙二醇双(丙腈)醚、六甲基二硅氮烷、甲基膦酸二甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙云龙，相佳媛，屠芳芳，郭锋，项良顺，肖辉，蔡佳文，
申请(专利权)人：杭州南都动力科技有限公司浙江南都鸿芯动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：