CN108630899A - 钠离子电池的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钠离子电池的制作方法，包括以下步骤：正极片的制作；负极片的制作；隔膜的制作；负极片预钠化；电池组装。本发明提供的钠离子电池的制作方法，制作出的钠离子电池循环稳定性能良好。

Description

钠离子电池的制造方法
技术领域
本发明涉及电池制作技术领域，具体地说，涉及一种钠离子电池的制造方法。
背景技术
如今，随着电动汽车的发展以及人们对移动互联设备的需求，锂离子电池已经成了人们生活中不可或缺的一个部分。然而由于锂资源的稀缺制约了锂离子电池的发展，随着人们对电动汽车的需求日益增加，人们对锂资源的需求也日益增加，按照这个速度锂资源将会成为一种比化石能源使用时间更短的资源。在这个严峻的局势下，开发低成本且资源更加丰富的钠离子电池具有重大的意义。
人们对钠离子电池正负极材料的研究一直都没有停止。正极材料的研究主要集中在金属氧化物和聚阴离子两大类材料上。但是由于钠离子的半径比锂离子更大，电压比锂离子电池更低，导致钠离子电池金属氧物正极材料的表现都不尽如人意。相比之下，钠离子电池聚阴离子正极材料具有更稳定的晶体结构，且由于诱导效应的存在，使得聚阴离子材料的电压普遍高于金属氧化物正极材料，这两个优势所带来的是稳定的循环性能以及更高的能量密度。从长远来看聚阴离子正极材料更有实用化的意义。而负极材料的研究主要集中在金属氧化物材料以及碳材料中。金属氧化物的造价更加昂贵，和钠离子低成本的特点相违背，而且金属氧化物材料通常容量都不是很高，并且大多数金属氧化物材料的循环稳定性并不是很理想，除此之外金属氧化物负极的电压普遍过高，使得全电池的电压会更低。相比之下碳材料造价低廉，且理论容量更加高，嵌钠电位更低，无疑是钠离子电池商业化中最理想的负极材料，然而由于碳材料在首圈充放电的过程中会形成很厚的SEI膜(固体电解质界面膜)，在全电池中这个SEI膜的形成消耗的是正极材料和电解液中的钠离子，这无疑会使全电池的总容量下降很多，此外，碳材料在嵌钠的过程中有三分之一的平台不够平缓，这点也会对全电池的电压有很大的影响。研究出解决前述这两个问题的钠离子电池全电池将具有重大的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钠离子电池的制作方法，制作出的钠离子电池循环稳定性能良好。
本发明公开的钠离子电池的制作方法所采用的技术方案是:
一种钠离子电池的制作方法，包括以下步骤：
正极片的制作：将钠离子盐、导电剂和粘结剂以一定的比例混合，与适量的溶剂在研钵中研磨，得到正极浆料，将正极浆料均匀涂抹在极片上，真空干燥，得到正极片；
负极片的制作：将硬碳、导电剂和粘结剂以一定的比例混合，与适量的溶剂在研钵中研磨，得到负极浆料，将负极浆料均匀涂抹在极片上，真空干燥，得到负极片；
隔膜的制作：将玻璃隔膜材料裁剪，在烘箱中烘烤；
负极片预钠化：将负极片、金属钠片和钠盐电解液组装成电池，常温静置一端时间后，先以20-50微安的电流对其进行充放电循环，循环5-10圈后将电池以20-50微安的电流放电，拆开取出预钠化的负极片；
电池组装：将钠盐电解液以及制备的正极片、隔膜和预钠化的负极片组装成电池，常温静置，得到钠离子电池。
作为优选方案，在正极片的制作步骤中，所述钠离子盐为Na3.64Fe2.18(P2O7)2。
作为优选方案，所述钠离子盐、导电剂和粘结剂的质量比为(7～9):(0.1～1):(0.1～1)。
作为优选方案，在负极片的制作步骤中，所述硬碳、导电剂和粘结剂的质量比为(7～9):(0.1～1):(0.1～1)。
作为优选方案，在正极片的制作步骤和负极片的制作步骤中，所述溶剂为1-甲基-2-吡咯烷酮。
作为优选方案，在负极片预钠化步骤和电池组装步骤中，所述钠盐电解液为NaClO4溶液。
作为优选方案，在正极片的制作步骤和负极片的制作步骤中，所述极片为铝箔。
作为优选方案，在正极片的制作步骤和负极片的制作步骤中，还包括将极片用压片机裁切为圆片的步骤。
本发明公开的钠离子电池的制作方法的有益效果是：通过负极片预钠化处理，可有效避免正极片上的钠离子和电解液中的钠离子在硬碳上形成SEI膜，提升了电池的循环稳定性能。
附图说明
图1是本发明制作的正极片的恒流充放电图和循环稳定性图；
图2是本发明所制作的负极片的恒流充放电图和循环稳定性图；
图3是本发明负极片预钠化到O.001伏的全电池的恒流充放电图和循环稳定性图；
图4是本发明负极片预钠化到O.1伏的全电池的恒流充放电图和循环稳定性图；
图5是没有经过预钠化处理的全电池恒流充放电图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步阐述和说明:
称取80mg Na3.64Fe2.18(P2O7)2、10mg乙炔黑导电剂、10mgPVDF粘结剂，取400微升1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)作为溶剂在玛瑙研钵里研磨20分钟，得到黑色粘稠的正极浆料，用刮刀将正极浆料均匀的涂抹在铝箔上，在120℃温度条件下真空干燥12小时，然后用压片机将铝箔裁剪成直径为19mm的圆形，得到正极片。
称取80mg硬碳、10mg乙炔黑导电剂、10mgPVDF粘结剂，取400微升的1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，在玛瑙研钵里研磨20分钟，得到黑色粘稠的负极浆料，用刮刀将负极浆料均匀的涂抹在铝箔上，在120℃温度条件下真空干燥12小时，然后用压片机将铝箔裁剪成直径为19mm的圆形，得到负极片。
将玻璃纤维隔膜(Whatman GF/D)用压片机裁剪成直径为19mm的圆形，置于烘箱中在250-300℃温度下烘烤12小时，转移到手套箱里备用。
将所得负极片转移到手套箱里进行纽扣电池的组装，使用的纽扣电池型号为CR2032，隔膜型号为Celgard 2400，电解液为1mol/L的NaClO4溶液，以及金属钠片，组装完毕后，将电池移出手套箱，常温下静置6h后在Land测试系统上进行预钠化，先以50微安的电流对其进行充放电循环，循环10圈后将电池以20微安的电流放电到0.001V，将预钠化完毕的电池转移至手套箱，拆开取出预钠化完毕的负极片。
将钠盐电解液以及制备的正极片、隔膜和预钠化的负极片组装成电池，常温静置，得到钠离子电池。
请参考图1，其为所制作的正极片的恒流充放电图和循环稳定性图，从图1可以看出正极片的电压平台为3V，该正极片拥有良好的循环稳定性能；
请参考图2，其为所制作的负极片的恒流充放电图和循环稳定性图，从图2可以看出其拥有两个电压平台，其中0-0.1V的电压平台相当平缓，适合做全电池的负极，但是0.1-1V的电压平台很陡峭，对全电池电压将会有不良影响。
请参考图3，其为负极片预钠化到O.001伏的全电池的恒流充放电图和循环稳定性图，从图3可以看出通过此种方法制备得到的钠离子电池全电池电压下降很小，且平台平缓而又明显，并且拥有很好的循环稳定性能。
请参考图4，其为负极片预钠化到0.1伏的全电池的恒流充放电图和循环稳定性图，从图4可以得知，负极片0.1-1V的平台会使得全电池的电压降低。
请参考图5，图5为没有经过预钠化处理的全电池恒流充放电图，从图5可以得知，没有经过预钠化处理的全电池进行化成的情况下，正极片中的钠离子和电解液中的钠离子会在硬碳上形成SEI膜，从而导致全电池容量损失严重，进一步证明了过量负极预钠化法的重要意义。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种钠离子电池的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
正极片的制作：将钠离子盐、导电剂和粘结剂以一定的比例混合，与适量的溶剂在研钵中研磨，得到正极浆料，将正极浆料均匀涂抹在极片上，真空干燥，得到正极片；
负极片的制作：将硬碳、导电剂和粘结剂以一定的比例混合，与适量的溶剂在研钵中研磨，得到负极浆料，将负极浆料均匀涂抹在极片上，真空干燥，得到负极片；
隔膜的制作：将玻璃隔膜材料裁剪，在烘箱中烘烤；
负极片预钠化：将负极片、金属钠片和钠盐电解液组装成电池，常温静置一端时间后，先以20-50微安的电流对其进行充放电循环，循环5-10圈后将电池以20-50微安的电流放电，拆开取出预钠化的负极片；
电池组装：将钠盐电解液以及制备的正极片、隔膜和预钠化的负极片组装成电池，常温静置，得到钠离子电池。
2.如权利要求1所述的钠离子电池的制作方法，其特征在于，在正极片的制作步骤中，所述钠离子盐为Na3.64Fe2.18(P2O7)2。
3.如权利要求2所述的钠离子电池的制作方法，其特征在于，所述钠离子盐、导电剂和粘结剂的质量比为(7～9):(0.1～1):(0.1～1)。
4.如权利要求1-3任一项所述的钠离子电池的制作方法，其特征在于，在负极片的制作步骤中，所述硬碳、导电剂和粘结剂的质量比为(7～9):(0.1～1):(0.1～1)。
5.如权利要求4所述的钠离子电池的制作方法，其特征在于，在正极片的制作步骤和负极片的制作步骤中，所述溶剂为1-甲基-2-吡咯烷酮。
6.如权利要求5所述的钠离子电池的制作方法，其特征在于，在负极片预钠化步骤和电池组装步骤中，所述钠盐电解液为NaClO4溶液。
7.如权利要求6所述的钠离子电池的制作方法，其特征在于，在正极片的制作步骤和负极片的制作步骤中，所述极片为铝箔。
8.如权利要求7所述的钠离子电池的制作方法，其特征在于，在正极片的制作步骤和负极片的制作步骤中，还包括将极片用压片机裁切为圆片的步骤。
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