一种钠离子电池反向补钠的方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种钠离子电池反向补钠的方法及应用，方法包括：使用补钠剂制备极片；其中，所述补钠剂为在一定电压下完全分解出活性钠离子的富钠盐；使用上述极片组装钠离子扣式半电池；对钠离子扣式半电池进行测试，设置充电截止电压为

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池反向补钠的方法及应用


[0001]本专利技术涉及钠离子电池
，特别涉及一种钠离子电池反向补钠的方法及应用
。

技术介绍

[0002]高性能钠离子电池
(SIB)
对于推动产业化至关重要
。
近年来，研究人员已开发众多钠离子电池材料，正极材料包括层状氧化物类
、
聚阴离子类
、
有机类和普鲁士蓝类等，负极材料主要有合金材料
、
有机材料和非金属材料等
。
[0003]与锂离子电池相似，钠离子电池在电化学循环过程中也存在容量损失的问题，造成钠离子电池不可逆容量损失的因素主要有：
1)
循环过程中副反应严重消耗活性钠离子；
2)
电解液分解造成固体电解质膜
(SEI)
的形成，导致活性钠离子不可逆的损失；
3)
结构缺陷对钠离子不可逆的捕获造成容量的损失
。
以上问题在很大程度上限制了钠离子电池能量密度的提升，进一步影响了其实际应用
。
为此，研究人员通过预钠化的方法来解决钠离子电池不可逆容量损失的问题，预钠化和预锂化具有相似的工作原理，即在首圈循环中提供额外的活性钠离子来弥补初始容量的损失
。
目前预钠化方法主要有电化学预钠化
、
正极预钠化
、
直接接触法，这些方法虽然在一定程度上可以实现预钠效果，但同时也存在一些问题，具体如下：
[0004]1)
电化学预钠化：阴极与金属钠组装成半电池，在特定电流密度下循环，通过电流密度和时间等条件来控制预钠化程度，再将预钠化后的阴极与阳极重新匹配成全电池；该方法操作较复杂
、
工艺步骤繁琐
、
成本较高，因此难以大规模应用
。
[0005]2)
正极预钠化：通过加入添加剂来弥补容量的损失，如
NaN3、Na2O2、Na2CO3等具有高容量的添加剂；将这些添加剂加入到正极当中，在初始充放电过程中提供额外的钠离子，但这种对正极进行预钠的方法存在容量利用率低及副产物的释放的问题，限制了全电池实际的应用
。
[0006]3)
直接接触法：直接将钠粉涂在电极表面，通过调整压力和实际含量以实现预钠化，但此过程需要在惰性气氛下操作，难以实现大规模生产
。
[0007]因此，需开发一种合适的方法来弥补不可逆的容量损失，以提高能量密度及循环稳定性
。

技术实现思路

[0008]本专利技术实施例提供了一种钠离子电池反向补钠的方法及应用，通过在负极极片中添加在
4.5V
‑
4.6V
电压下完全分解出钠离子的补钠剂，并将钠离子电池预先放电，使负极极片中的钠离子嵌入到正极极片中，以提供额外的钠离子，实现反向补钠，提高正极材料的充放电容量，以此达到补偿钠离子电池中钠损失的目的，从而减少过多的导电碳在正极侧的引入，避免了电解液分解
、
固态电池中聚环氧乙烷
(PEO)
的分解等副反应的发生，从而提高钠离子电池的循环稳定性
。
[0009]第一方面，本专利技术实施例提供了一种钠离子电池反向补钠的方法，所述方法包括：
[0010]步骤
S1,
使用补钠剂制备极片；其中，所述补钠剂为在一定电压下完全分解出活性钠离子的富钠盐；
[0011]步骤
S2,
使用上述极片组装钠离子扣式半电池；
[0012]步骤
S3,
对钠离子扣式半电池进行测试，设置充电截止电压为
4.5V
‑
4.6V
，放电截止电压为0‑
2V
，测试钠离子扣式半电池的初始容量和可逆容量，验证所述补钠剂的补钠能力；
[0013]步骤
S4,
使用负极活性材料和所述补钠剂制备负极极片；
[0014]步骤
S5,
使用正极活性材料制备正极极片；
[0015]步骤
S6,
将负极极片
、
正极极片与电解液和隔膜组装为钠离子电池；
[0016]步骤
S7,
对钠离子电池进行测试，具体为：首先根据步骤
S3
测试的钠离子扣式半电池的初始容量设置放电容量，将钠离子电池进行放电完全，使负极极片中的补钠剂的钠离子完全脱出并嵌入到正极极片中，即对钠离子电池的正极极片进行反向补钠，之后对钠离子电池进行充放电循环并测试，钠离子电池首圈充放电过程中的可逆容量提高5％
‑
25
％
。
[0017]优选的，所述补钠剂具体包括
Na2C2O4、Na3P、NaN3、Na2S、NaNO3、Na3C6H5O7中的一种或多种；所述在一定电压下的电压大于等于
4.5V
；
[0018]所述补钠剂的质量与所述负极活性材料的质量百分比为5％
‑
30
％
。
[0019]优选的，所述制备负极极片的方法具体为：将粘结剂
A
与
N
‑
甲基吡咯烷酮混合后形成第一粘结剂，之后向第一粘结剂中加入补钠剂与负极活性材料形成的负极材料
、
第一导电剂混合均匀制备得到浆料，将浆料涂覆在负极集流体上，干燥
、
裁切后制备得到负极极片
。
[0020]进一步优选的，所述负极活性材料包括：硬碳
、
石墨
、
碳纤维
、
石油焦
、
中间相碳微球
、P2
相的
Na
0.65
Li
0.13
Mg
0.13
Ti
0.74
O2中的一种或多种；
[0021]所述第一导电剂包括：乙炔黑
、
碳纳米管
、
科琴黑
、
导电石墨中的一种或多种；
[0022]所述粘结剂
A
包括：羧甲基纤维素钠
CMC、
丁苯橡胶
SBR、
聚丙烯腈
PAN、
聚乙烯醇
PVA、
聚四氟乙烯
PTFE、
聚偏氟乙烯
PVDF、
聚酰亚胺
PI
中的一种或多种；所述第一粘结剂中的粘结剂
A
的浓度为
0.5mol/ml
‑
1mol/ml
；
[0023]所述负极集流体为铝箔；
[0024]所述负极材料
、
所述第一粘结剂
、
所述第一导电剂的质量比为
8:1:1
或
7:2:1。
[0025]优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种钠离子电池反向补钠的方法，其特征在于，所述方法包括：步骤
S1,
使用补钠剂制备极片；其中，所述补钠剂为在一定电压下完全分解出活性钠离子的富钠盐；步骤
S2,
使用上述极片组装钠离子扣式半电池；步骤
S3,
对钠离子扣式半电池进行测试，设置充电截止电压为
4.5V
‑
4.6V
，放电截止电压为0‑
2V
，测试钠离子扣式半电池的初始容量和可逆容量，验证所述补钠剂的补钠能力；步骤
S4,
使用负极活性材料和所述补钠剂制备负极极片；步骤
S5,
使用正极活性材料制备正极极片；步骤
S6,
将负极极片
、
正极极片与电解液和隔膜组装为钠离子电池；步骤
S7,
对钠离子电池进行测试，具体为：首先根据步骤
S3
测试的钠离子扣式半电池的初始容量设置放电容量，将钠离子电池进行放电完全，使负极极片中的补钠剂的钠离子完全脱出并嵌入到正极极片中，即对钠离子电池的正极极片进行反向补钠，之后对钠离子电池进行充放电循环并测试，钠离子电池首圈充放电过程中的可逆容量提高5％
‑
25
％
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述补钠剂具体包括
Na2C2O4、Na3P、NaN3、Na2S、NaNO3、Na3C6H5O7中的一种或多种；所述在一定电压下的电压大于等于
4.5V
；所述补钠剂的质量与所述负极活性材料的质量百分比为5％
‑
30
％
。3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制备负极极片的方法具体为：将粘结剂
A
与
N
‑
甲基吡咯烷酮混合后形成第一粘结剂，之后向第一粘结剂中加入补钠剂与负极活性材料形成的负极材料
、
第一导电剂混合均匀制备得到浆料，将浆料涂覆在负极集流体上，干燥
、
裁切后制备得到负极极片
。4.
根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述负极活性材料包括：硬碳
、
石墨
、
碳纤维
、
石油焦
、
中间相碳微球
、P2
相的
Na
0.65
Li
0.13
Mg
0.13
Ti
0.74
O2中的一种或多种；所述第一导电剂包括：乙炔黑
、
碳纳米管
、
科琴黑
、
导电石墨中的一种或多种；所述粘结剂
A
包括：羧甲基纤维素钠
CMC、
丁苯橡胶
SBR、
聚丙烯腈
PAN、
聚乙烯醇
PVA、
聚四氟乙烯
PTFE、
聚偏氟乙烯
PVDF、
聚酰亚胺
PI
中的一种或多种；所述第一粘结剂中的粘结剂
A
的浓度为
0.5mol/ml
‑
1mol/ml
；所述负极集流体为铝箔；所述负极材料
、
所述第一粘结剂
、
所述第一导电剂的质量比为
8:1:1
或
7:2:1。5.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使用正极活性材料制备正极极片的方法具体为：将粘结剂
B
与
N
‑
甲基吡咯烷酮混合形成第二粘结剂，之后向第二粘结剂中加入正极活性材料
、
第二导电剂混合均匀形成浆料，将浆料均匀涂覆于正极集流体上，干燥
、
裁切后制备得到正极极片
。6.
根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述正极活性材料为
P2
相钠含量低的正极材料，具体包括：
P2
相的
Na
2/3
Ni 1/3
Mn
2/3
O2、P2
相的
Na
2/3
Ni
1/3
Mn
1/3
Ti 1/302
；所述第二导电剂：乙炔黑
、
碳纳米管
、

【专利技术属性】
技术研发人员：容晓晖，张世光，苏韵，陈立泉，胡勇胜，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：