CN106848388A - 钠离子电池及其负极补钠方法 - Google Patents

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张耀
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Abstract

本发明提出的钠离子电池及其负极补钠方法，其方法中，包括以下步骤：在惰性气氛中，将有机钠溶液喷洒或滴加于负极片表面，使有机钠溶液中的钠离子渗入负极片中，然后干燥负极片。本发明通过向负极片补充钠离子解决了钠离子电池首效低的问题，可以将首效提高到80％以上，性能提升20％以上，大幅提高了电池的能量密度。

Description

钠离子电池及其负极补钠方法
技术领域
本发明涉及到钠电池领域，特别是涉及到一种钠离子电池及其负极补钠方法。
背景技术
钠离子电池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。与锂离子电池相比，钠离子电池具有的优势有：(1)钠盐原材料储量丰富，价格低廉，采用铁锰镍基正极材料相比较锂离子电池三元正极材料，原料成本降低一半；(2)由于钠盐特性，允许使用低浓度电解液(同样浓度电解液，钠盐电导率高于锂电解液20％左右)降低成本；(3)钠离子不与铝形成合金，负极可采用铝箔作为集流体，可以进一步降低成本8％左右，降低重量10％左右；(4)由于钠离子电池无过放电特性，允许钠离子电池放电到零伏。钠离子电池能量密度大于100Wh/kg，可与磷酸铁锂电池相媲美，但是其成本优势明显，有望在大规模储能方面中取代传统铅酸电池。
但现有的钠离子电池首次库伦效率低。主要是因为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。
发明内容
本发明的主要目的是为了提供一种钠离子电池及其负极补钠方法，解决钠离子电池首效低的问题。
本发明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，将有机钠溶液喷洒或滴加于负极片表面，使有机钠溶液中的钠离子渗入负极片中，然后干燥负极片。
优选地，所述有机钠溶液的溶剂为正己烷或环己烷。
优选地，所述有机钠溶液的溶质包括正丁基钠、叔丁基钠和苯基钠中的至少一种。
优选地，所述有机钠溶液可通过以下方法制备：
有机钠溶液的制备是在惰性气氛中进行下，具体操作是将钠粉溶解于有机溶剂中，所述有机溶剂包括联苯和二甲氧基乙烷中的至少一种。
优选地，所述有机钠溶液的浓度为0.1M-10M。
优选地，所述惰性气氛采用的惰性气体包括氮气、氩气、氦气中的至少一种。
优选地，所述负极片包括硬碳材料。
优选地，所述硬碳材料为树脂碳和/或炭黑。
优选地，所述炭黑为导电炭黑。
本发明还提出了一种钠离子电池，包括利用上述的钠离子电池负极补钠方法制得的负极。
本发明提出的钠离子电池及其负极补钠方法，通过向负极片补充钠离子解决了钠离子电池首效低的问题，可以将首效提高到80％以上，性能提升了20％以上，大幅提高了电池的能量密度。
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发明，并不用于限定本发明。
本发明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，将有机钠溶液喷洒或滴加于负极片表面，使有机钠溶液中的钠离子渗入负极片中，然后干燥负极片。
实施例1：本实施例提供一种向钠离子电池负极片补钠的方法，在氮气气氛中，将浓度为1M的正丁基钠的正己烷溶液喷洒于负极片表面(负极片中的活性物质为树脂碳)，使正丁基钠溶液中的钠离子渗入负极片中，使得树脂碳中的嵌钠量为硬碳总容量的5％，然后干燥负极片，完成补钠操作。
实施例2：本实施例提供一种向钠离子电池负极片补钠的方法，在氮气气氛中，将浓度为3M的叔丁基钠的正己烷溶液滴加于负极片表面(负极片中的活性物质为树脂碳)，使正丁基钠溶液中的钠离子渗入负极片中，使得树脂碳中的嵌钠量为树脂碳总容量的15％，然后干燥负极片，完成补钠操作。
实施例3：本实施例提供一种向钠离子电池负极片补钠的方法，在氮气气氛中，将浓度为0.5M的苯基钠的正己烷溶液滴加于负极片表面(负极片中的活性物质为导电炭黑)，使苯基钠溶液中的钠离子渗入负极片中，使得导电炭黑中的嵌钠量为导电炭黑总容量的2％，然后干燥负极片，完成补钠操作。
实施例4：本实施例提供一种向钠离子电池负极片补钠的方法，在氩气气氛中，将含有正丁基钠和叔丁基钠(浓度均为5M)的混合溶液滴加于负极片表面(负极片中的活性物质为导电炭黑)，使混合溶液中的钠离子渗入负极片中，使得导电炭黑中的嵌钠量为导电炭黑总容量的20％，然后干燥负极片，完成补钠操作。
实施例5：本实施例提供一种向钠离子电池负极片补钠的方法，在氮气气氛中，将钠粉溶解于联苯中，得到浓度为0.1M的有机钠溶液，将该有机钠溶液喷洒于负极片表面(负极片中的活性物质为硬碳)，使溶液中的钠离子渗入负极片中，使得导电炭黑中的嵌钠量为导电炭黑总容量的0.01％，然后干燥负极片，完成补钠操作。
实施例6：本实施例提供一种向钠离子电池负极片补钠的方法，在氮气气氛中，将钠粉溶解于二甲氧基乙烷中，得到浓度为10M的有机钠溶液，将该有机钠溶液喷洒于负极片表面(负极片中的活性物质为导电炭黑)，使溶液中的钠离子渗入负极片中，使得导电炭黑中的嵌钠量为导电炭黑总容量的5％，然后干燥负极片，完成补钠操作。
实施例7：本实施例提供一种向钠离子电池负极片补钠的方法，在氩气气氛中，将钠粉溶解于二甲氧基乙烷中，得到浓度为1M的有机钠溶液，将该有机钠溶液喷洒于负极片表面(负极片中的活性物质为硬碳)，使溶液中的钠离子渗入负极片中，使得导电炭黑中的嵌钠量为导电炭黑总容量的15％，然后干燥负极片，完成补钠操作。
实施例8：本实施例提供一种向钠离子电池负极片补钠的方法，在氩气气氛中，将钠粉溶解于联苯中，得到浓度为4M的有机钠溶液，将该有机钠溶液喷洒于负极片表面(负极片中的活性物质为导电炭黑)，使溶液中的钠离子渗入负极片中，使得导电炭黑中的嵌钠量为导电炭黑总容量的20％，然后干燥负极片，完成补钠操作。
分别将实施例1至8中经过补钠操作的负极片与由普鲁士蓝制得的正极片和隔膜经过卷绕的方式组装成电芯，之后经过顶封、注液(钠盐浓度为1mol/L)、静置、化成、整形和除气等工序，制备得到钠离子电池。其中，采用实施例1至8的负极片制成的电池依次编号为A1-A8。
将补钠操作前的负极片(即未经过补钠的负极片)与正极片和隔膜经过卷绕的方式组装成电芯，之后经过顶封、注液(钠盐浓度为1mol/L)、静置、化成、整形和除气等工序，制备得到钠离子电池，电池的编号为B1。
在35℃环境中按如下流程分别对编号为A1-A8和B1的电池进行容量测试：首先静置3min；然后以0.5C的充电电流恒流充电至4.2V，再恒压充电至0.05C，得到充电容量AGC0；静置3min；再以0.5C的放电电流恒流放电至2.5V得到首次放电容量D0；静置3min之后完成容量测试；之后计算电芯的首次库伦效率为：D0/(ICC0+AGC0)，所得结果示于表1。
在25℃环境中以0.5C/0.5C的充放电倍率分别对编号为A1-A6和B1的电池进行循环性能测试，首次充电后的容量为C0，同时记录500次循环后电池的容量C500，计算得到电池在500次循环后的容量保持率C500/C0，所得结果示于表1。
表1：钠离子电池的容量测试结果和首次库伦效率。
本发明还提出了一种钠离子电池，利用上述的钠离子电池负极补钠方法制得。
本发明提出的钠离子电池及其负极补钠方法，通过向负极片补充钠离子解决了钠离子电池首效低的问题，将首效提高到80％以上，性能提升了20％以上，大幅提高了电池的能量密度。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

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，将有机钠溶液喷洒或滴加于负极片表面，使有机钠溶液中的钠离子渗入负极片中，然后干燥负极片。
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，所述有机钠溶液的溶剂为正己烷或环己烷。
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，所述有机钠溶液的溶质包括正丁基钠、叔丁基钠和苯基钠中的至少一种。
4.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，所述有机钠溶液可通过以下方法制备：
在惰性气氛下，将钠粉溶解于有机溶剂中，所述有机溶剂包括联苯和二甲氧基乙烷中的至少一种。
5.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，所述有机钠溶液的浓度为0.1M-10M。
6.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，所述惰性气氛采用的惰性气体包括氮气、氩气、氦气中的至少一种。
7.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，所述负极片包括硬碳材料。
8.根据权利要求7所述的钠离子电池负极补钠方法，其特征在于，所述硬碳材料为树脂碳和/或炭黑。
9.根据权利要求8所述的钠离子电池负极补钠方法，其特征在于，所述炭黑为导电炭黑。
10.一种钠离子电池，包括利用权利要求1-9所述的钠离子电池负极补钠方法制得的负极。
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