一种锂钠复合电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂钠复合电池及其制备方法，方法包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种锂钠复合电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于二次电池
，具体涉及一种锂钠复合电池及其制备方法
。

技术介绍

[0002]在众多的大规模储能技术中，锂离子电池以其高能量密度
、
长循环寿命等优点倍受青睐
。
但是随着锂离子电池在电动汽车上的大规模使用，锂的价格急剧上升
。
另外，锂离子电池的低温性能差，也限制了其在电动汽车领域
、
特种领域及极端环境中的应用，开发低温性能优异的电池是市场的迫切需求
。
钠与锂具有类似的物理和化学特性，钠资源丰富且不受地域条件的限制，因此低温性能好
、
安全性高
、
成本低
、
资源丰富的钠离子电池在储能领域有着广泛的应用前景
。
但是钠离子电池采用无定形碳
(
硬碳
、
软碳
)、
金属化合物和合金类材料作负极，能量密度低，功率特性差，电池寿命也短
。
[0003]为了解决上述存在的多种技术问题，本专利技术由此而来
。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的上述不足，本专利技术提供了一种锂钠复合电池及其制备方法，本专利技术利用三维多孔纳米碳纤维复合集流体作“负极”，将钠离子电池技术与锂离子电池技术有机融合到一起，制备了一种
Anode
‑
Free
锂钠复合电池；然后，通过特殊的化成方式，有效减少首次充电过程中锂钠离子的不可逆容量损失，提高库伦效率
。
[0005]本专利技术的技术方案为：
[0006]本专利技术涉及一种锂钠复合电池的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1
，制备
3D
集流体；所述
3D
集流体包括集流体基材以及设于所述集流体基材双面的多孔纳米碳纤维膜；
[0008]S2
，制备锂钠复合正极极片；
[0009]S3
，组装电池；
[0010]S4
，注液
、
封口
、
化成
。
[0011]优选地，步骤
S4
中的化成方法包括以下步骤：
[0012](1)
首先，以
0.1
～
0.5C
电流倍率恒流预充电至
0.5
～1％荷电态；
[0013](2)
然后，以
20
～
50C
电流倍率脉冲充电至
90
～
95
％荷电态；
[0014](3)
接着，以5～
10C
电流倍率恒流充电至
100
％荷电态；
[0015](4)
最后，以1～
5C
电流倍率放电至0荷电态；
[0016](5)
上述步骤
(1)
至
(4)
循环1～3次，完成锂钠复合电池的化成
。
[0017]其中，以
0.1
～
0.5C
电流倍率恒流预充电至
0.5
～1％荷电态，可在负极集流体的纳米碳纤维表面均匀沉积一层锂钠金属，得到以纳米碳纤维为内部骨架的三维多孔锂钠合金复合“负极”，导电性更好，更有利于后期快充时的锂钠快速均匀沉积，充电至
0.5
～1％荷电态
(SOC)
用时约
0.6
～
6min。
[0018]以
20
～
50C
电流倍率脉冲恒流快充电，得到电子的锂钠金属离子以多面体的型态
快速均匀沉积在新生锂钠合金复合“负极”的孔隙中，快速充电至
90
～
95
％荷电态
(SOC)
，用时约
85
～
420s
，最后以5～
10C
电流倍率恒流充电至
100
％荷电态，用时约
18
～
72s。
[0019]优选地，上述步骤
(2)
中脉冲充电方式为：以
20
～
50C
恒流充电至截止电压
(4.0
～
4.5V)
，静置2～
10s
，重复脉冲
10
～
25
次
。
[0020]优选地，所述
3D
集流体作电池“负极”，所述
3D
集流体具有弹性，其孔隙率为
80
‑
90
％，比表面积为电极面积的5‑8倍，所述
3D
流体具有高导电
、
高导热的三维多孔结构，且孔隙率高
、
比表面积大
。
[0021]优选地，所述集流体基材为铜
、
镍
、
铝金属或合金的箔材或多孔网
。
[0022]优选地，所述
3D
集流体的制备过程为：将纳米碳纤维
、
粘结剂
、
稳定剂按一定比例分散于溶剂中，得到纳米碳分散液，将纳米碳纤维分散液涂布在集流体基材上，经烘干
、
压延
、
分切后，得到作为负极极片的
3D
集流体，极片厚度为
10
～
30
μ
m。
进一步优选，所述溶剂为去离子水和
/
或酒精，所述粘结剂为聚乙烯醇，所述稳定剂为羧甲基纤维素钠，纳米碳纤维与粘结剂
、
稳定剂质量比为
20
～
10:0.7:0.3。
[0023]优选地，所述锂钠复合正极极片包含钠离子正极材料和锂离子正极材料；所述钠离子正极材料与所述锂离子正极材料按照任意比例混合
/
复合
。
因锂钠可以任意比例形成合金
(
见图1中的
Li
‑
Na
二元金属相图
)
，故在此电池正极极片中，钠离子正极材料与锂离子正极材料可选取任意比例混合
/
复合
。
[0024]优选地，锂钠复合正极极片的制备过程为：将锂离子正极材料
、
钠离子正极材料
、
纳米碳纤维
、
粘结剂分散于溶剂中，得到正极浆料，将正极浆料在铝箔或网表面涂覆，经烘干，压延
、
分切后，得到锂钠复合正极极片，正极极片厚度为
80
～
150
μ
m。
进一步优选，所述溶剂为
N
‑
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种锂钠复合电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1
，制备
3D
集流体；所述
3D
集流体包括集流体基材以及设于所述集流体基材双面的多孔纳米碳纤维膜；
S2
，制备锂钠复合正极极片；
S3
，组装电池；
S4
，注液
、
封口
、
化成
。2.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤
S4
中的化成方法包括以下步骤：
(1)
首先，以
0.1
～
0.5C
电流倍率恒流预充电至
0.5
～1％荷电态；
(2)
然后，以
20
～
50C
电流倍率脉冲充电至
90
～
95
％荷电态；
(3)
接着，以5～
10C
电流倍率恒流充电至
100
％荷电态；
(4)
最后，以1～
5C
电流倍率放电至0荷电态；
(5)
上述步骤
(1)
至
(4)
循环1～3次，完成锂钠复合电池的化成
。3.
根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤
(2)
中脉冲充电方式为：以
20
～
50C
恒流充电至截止电压，截止电压为
4.0
～
4.5V
，静置2～
10s
，重复脉冲
10
～
25
次
。4.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述
3D
集流体具有弹性，其孔隙率为
80
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金娥，董明，
申请(专利权)人：苏州第一元素纳米技术有限公司，
类型：发明
国别省市：