CN114122395B - 一种钠离子电池用负极极片的制备及其应用 - Google Patents
一种钠离子电池用负极极片的制备及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114122395B CN114122395B CN202010896423.1A CN202010896423A CN114122395B CN 114122395 B CN114122395 B CN 114122395B CN 202010896423 A CN202010896423 A CN 202010896423A CN 114122395 B CN114122395 B CN 114122395B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- negative electrode
- sodium ion
- ion battery
- polymer
- active material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 65
- FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N Sodium cation Chemical compound [Na+] FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 60
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 9
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 45
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 57
- 239000002174 Styrene-butadiene Substances 0.000 claims description 29
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 claims description 29
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 claims description 29
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 claims description 25
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical group [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 claims description 19
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims description 18
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims description 18
- DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N acetic acid;2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal;sodium Chemical compound [Na].CC(O)=O.OCC(O)C(O)C(O)C(O)C=O DPXJVFZANSGRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- MTAZNLWOLGHBHU-UHFFFAOYSA-N butadiene-styrene rubber Chemical compound C=CC=C.C=CC1=CC=CC=C1 MTAZNLWOLGHBHU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000004816 latex Substances 0.000 claims description 14
- 229920000126 latex Polymers 0.000 claims description 14
- 235000019812 sodium carboxymethyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 14
- 229920001027 sodium carboxymethylcellulose Polymers 0.000 claims description 14
- 239000011115 styrene butadiene Substances 0.000 claims description 14
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 11
- 229910021385 hard carbon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 229920000307 polymer substrate Polymers 0.000 claims description 5
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 4
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 4
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 4
- 239000003273 ketjen black Substances 0.000 claims description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000006183 anode active material Substances 0.000 claims description 2
- 238000013329 compounding Methods 0.000 claims description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 abstract description 6
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 abstract description 5
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 2
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 15
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 15
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 15
- 229940105329 carboxymethylcellulose Drugs 0.000 description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 12
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 12
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 10
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 7
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 3
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 2
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 1
- 229920003123 carboxymethyl cellulose sodium Polymers 0.000 description 1
- 229940063834 carboxymethylcellulose sodium Drugs 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009831 deintercalation Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 1
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000003446 memory effect Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N sodium hypochlorite Chemical compound [Na+].Cl[O-] SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/054—Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/139—Processes of manufacture
- H01M4/1393—Processes of manufacture of electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/621—Binders
- H01M4/622—Binders being polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/621—Binders
- H01M4/622—Binders being polymers
- H01M4/623—Binders being polymers fluorinated polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/624—Electric conductive fillers
- H01M4/625—Carbon or graphite
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明提供一种钠离子电池用负极极片的制备方法及其应用，该负极极片包括集流体、复合在负极集流体表面的界面层以及复合在界面层的活性材料层；所述的界面层包括聚合物B聚合物A和分散在聚合物中的导电剂A；所述的活性材料层包括钠离子电池活性材料、导电剂B以及粘结剂。本发明还提供了所述的负极的制备和在钠电中的应用。本发明研究发现，所述的负极具有较小的电阻和较高的比容量，作为钠离子电池的负极，可以表现出更优的电化学性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种钠离子电池领域，具体涉及一种钠离子电池用负极极片的制备及其应用。
背景技术
锂离子电池是目前市场上占主导地位的储能器件之一，具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应、自放电率小、工作温度范围宽等优点。随着手机、笔记本电脑、平板电脑等电子设备的飞速普及，电动汽车、混合动力车的大力发展，导致锂离子电池的需求不断增大。锂的价格不断升高，蕴藏量不断减少成为了批量生产锂离子电池的阻碍。
相比锂资源，钠储能十分丰富，在地壳中的储量约为2.64％，位居第六，且分布广泛、提炼简单，同时，钠和锂在元素周期表的同一主族，具有和锂相似的物理化学性质和储存机制。因此，钠离子电池的发展具有重要意义。然而，钠离子的离子半径(0.102nm)比锂离子的离子半径(0.076nm)大，钠离子在电极材料中的脱嵌比锂离子更困难，导致钠离子电极材料更容易因体积膨胀而从集流体脱落，影响循环性能。
发明内容
本发明的一个目的是克服现有技术的不足，提供一种钠离子电池负极极片，旨在提供一种全新结构、具有优异电化学性能的钠离子电池负极。
本发明第二目的在于，提供一种所述的钠离子电池负极的制备方法。
钠离子半径较锂离子半径大55％左右，这就导致在锂离子电池中适用的材料以及材料构建理论大多在钠离子电池的不适用，这就是为什么锂离子电池已经得到广泛应用而钠离子电池仍停留在实验室阶段的主要原因。可见，表面上锂离子电池和钠离子电池类似，但实际上属于不同的技术领域，需要解决不同的技术难题。
为此，本发明提供了一种钠离子电池负极极片，包括集流体、复合在负极集流体表面的界面层以及复合在界面层的活性材料层；
所述的界面层包括包含聚合物A和聚合物B的聚合物基底以及包埋在聚合物基底中的导电剂A；
所述的聚合物A为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、羧甲基纤维素钠(CMC)、聚乙烯醇(PVA)中的至少一种；
所述的导电剂A为科琴黑、石墨烯，乙炔黑，碳纤维，碳纳米管，导电石墨中的至少一种；
所述的聚合物B为非极性的高分子聚合物丁苯乳胶(SBR)；
所述的活性材料层包括钠离子电池活性材料、导电剂B以及粘结剂。
本发明属于钠离子电池负极技术领域，需要解决钠离子在循环过程中面临的嵌入-脱出难度大、电阻高以及循环过程中体积效应大等钠电行业性的技术难题。为解决钠电技术难题，本发明提供了一种夹心结构的钠离子电池的负极。研究发现，得益于各层材料以及所述的夹心结构的相互作用，能够有效改善Na离子循环过程中的体积效应，降低电阻，改善钠离子电池的比容量和循环稳定性。
作为优选，所述集流体为平面金属集流体，优选为铜箔，铝箔或镍片。
作为优选，聚合物A为羧甲基纤维素钠(CMC)。
本发明研究发现，在所述的夹心层级结构的控制下，进一步控制界面层中的聚合物基底为羧甲基纤维素钠(CMC)和丁苯乳胶(SBR)复合聚合物，可以意外地产生协同，进一步改善负极在钠离子电池中的电化学性能。
本发明中，所述的导电剂为乙炔黑(SP)。
本发明中，得益于所述的导电剂A，聚合物A和聚合物B以及所述的界面层的作用，能够有效改善电子的传导，有助于缓冲钠离子循环过程中的大体积效应，能够有效改善钠离子电池的电化学性能。
作为优选，界面层中，各成分的重量份为：导电剂A 50-70份；聚合物A 2-20份；聚合物B20-40份。
作为优选，所述的钠离子电池活性材料为硬碳。
作为优选，所述的粘结剂为PVDF。
作为优选，所述的导电剂B为科琴黑、石墨烯，乙炔黑，碳纤维，碳纳米管，导电石墨中的至少一种；优选为乙炔黑(SP)。
作为优选，活性材料层中，各成分的重量份为：活性材料70-90份；导电剂B2-20份；粘结剂2-20份。
作为优选，界面层的厚度为1～10μm；活性材料层的厚度为5～20μm。
本发明还提供了一种所述的钠离子电池负极极片的制备方法，包括以下步骤：
1)将所述聚合物A在分散剂分散后加入导电剂A，分散均匀后再和所述的聚合物B混合，浆化并复合在集流体的表面，固化，在集流体的表面形成界面层；
2)将负极活性材料、导电剂B和粘结剂浆化并涂覆在界面层的表面，干燥，形成活性材料层，制得所述的钠离子电池负极极片。
本发明研究发现，预先将导电剂A分散在聚合物A的溶液中，随后再将聚合物B加入形成浆料，固化，形成所述的界面层。此外借助于所述的夹心结构设计思路，形成具有集流体-界面层-活性材料层的负极极片，有助于改善所述的负极在钠离子电池中的电化学性能。
所述的分散剂为可溶解聚合物A的溶剂，例如，可以是水、NMP等溶剂。
本发明还提供了一种钠离子电池负极极片的应用，用于制备钠离子电池。
本发明还提供了一种钠离子电池，其包含本发明所述的负极。其他部件、结构和材料均可采用钠离子电池领域所熟知的材料。
一种优选地使用了所述负极极片组装的钠离子电池，其特征是：包括正极片、负极片、隔膜、外壳包装；所述的隔膜位于正极片和负极片之间，所述的正极片、负极片、隔膜、电解液密封于电池外壳包装内。
相对于现有技术，本发明所述的复合正极的制备方法具有以下优势：
(1)本发明提供了一种包含集流体-界面层-活性层的具有夹心结构的钠离子电池负极；且所述的界面层中分散有导电剂A和聚合物B联合聚合物；研究发现，基于所述的各层材料和所述的夹心结构，有助于改善负极的结构稳定性，改善导电性，改善钠离子电池循环过程中的体积效应，有助于改善负极的比容量和循环稳定性。
(2)在所述夹心结构的基础上，进一步控制界面层的聚合物为CMC和SBR联合聚合物，有助于实现成分和结构的协同，有助于改善钠离子电池的电化学性能；
(3)本发明所述的钠离子电池用负极极片的制备工艺简单，具有较强的实用性和可操作性。
具体实施方式
以下实施例旨在对本发明内容做进一步详细说明；而本发明权利要求的保护范围不受实施例限制。
实施例1
采用如下方法制备钠离子电池：
负极极片制备：采用铜箔作为集流体，以重量百分比计算，界面层含有50％的乙炔黑(SP)导电剂，10％的羧甲基纤维素钠(CMC，聚合物A)和40％的丁苯乳胶(SBR，聚合物B)，溶剂为去离子水。首先按以上配方将去离子水和羧甲基纤维素钠(CMC)搅拌，完全溶解后加入乙炔黑(SP)快速研磨，完成后加入丁苯乳胶(SBR)搅拌均匀，形成浆料涂布于铜箔上，在70℃下烘干，形成界面层。将80％硬碳、10％乙炔黑(SP)、10％聚偏氟乙烯(PVDF)溶于N-甲基吡咯烷酮(NMP)，搅拌均匀并涂覆在界面层上，在70℃下干燥12小时，得到负极极片。
钠离子扣式电池组装测试：在氩气气氛中，以本实施例中制备的负极极片为测试电极，以钠片作为对比电极，玻璃纤维为隔膜，电解液体系为1M NaClO4/EC:DEC(1:1)+5％FEC，组装成CR2032型扣式电池。制备好的电池置于25℃的恒温室中静置12h后，在50mA/g的电流密度下充放电，循环200圈，仍保持312mAh/g的比容量。
实施例2
负极极片制备：采用铜箔作为集流体，以重量百分比计算，界面层含有50％的乙炔黑(SP)导电剂，10％的羧甲基纤维素钠(CMC，聚合物A)和40％的丁苯乳胶(SBR，聚合物B)，溶剂为去离子水。首先按以上配方将去离子水和羧甲基纤维素钠(CMC)搅拌，完全溶解后加入乙炔黑(SP)快速研磨，完成后加入丁苯乳胶(SBR)搅拌均匀，形成浆料涂布于铜箔上，在70℃下烘干，形成界面层。将90％硬碳、5％乙炔黑(SP)、5％聚偏氟乙烯(PVDF)溶于N-甲基吡咯烷酮(NMP)，搅拌均匀并涂覆在界面层上，在70℃下干燥12小时，得到负极极片。
钠离子扣式电池组装测试同实施例1。制备好的电池置于25℃的恒温室中静置12h后，在50mA/g的电流密度下充放电，循环200圈，仍保持348mAh/g的比容量。
实施例3
负极极片制备：采用铜箔作为集流体，以重量百分比计算，界面层含有65％的乙炔黑(SP)导电剂，5％的羧甲基纤维素钠(CMC,聚合物A)和30％的丁苯乳胶(SBR，聚合物B)，溶剂为去离子水。首先按以上配方将去离子水和羧甲基纤维素钠(CMC)搅拌，完全溶解后加入乙炔黑(SP)快速研磨，完成后加入丁苯乳胶(SBR)搅拌均匀，形成浆料涂布于铜箔上，在70℃下烘干，形成界面层。将80％硬碳、10％乙炔黑(SP)、10％聚偏氟乙烯(PVDF)溶于N-甲基吡咯烷酮(NMP)，搅拌均匀并涂覆在界面层上，在70℃下干燥12小时，得到负极极片。
钠离子扣式电池组装测试同实施例1。制备好的电池置于25℃的恒温室中静置12h后，在50mA/g的电流密度下充放电，循环200圈，仍保持322mAh/g的比容量。
实施例4
负极极片制备：采用铜箔作为集流体，以重量百分比计算，界面层含有65％的乙炔黑(SP)导电剂，5％的羧甲基纤维素钠(CMC,聚合物A)和30％的丁苯乳胶(SBR，聚合物B)，溶剂为去离子水。首先按以上配方将去离子水和羧甲基纤维素钠(CMC)搅拌，完全溶解后加入乙炔黑(SP)快速研磨，完成后加入丁苯乳胶(SBR)搅拌均匀，形成浆料涂布于铜箔上，在70℃下烘干，形成界面层。将85％硬碳、10％乙炔黑(SP)、5％聚偏氟乙烯(PVDF)溶于N-甲基吡咯烷酮(NMP)，搅拌均匀并涂覆在界面层上，在70℃下干燥12小时，得到负极极片。
钠离子扣式电池组装测试同实施例1。制备好的电池置于25℃的恒温室中静置12h后，在50mA/g的电流密度下充放电，循环200圈，仍保持342mAh/g的比容量。
对比例1
和实施例1相比，区别仅在于，未形成所述的界面层，具体为：
将80％硬碳、10％乙炔黑(SP)、10％聚偏氟乙烯(PVDF)溶于N-甲基吡咯烷酮(NMP)，搅拌均匀并涂覆在集流体上，在70℃下干燥12小时，得到负极极片。
钠离子扣式电池组装测试同实施例1。制备好的电池置于25℃的恒温室中静置12h后，在50mA/g的电流密度下充放电，循环200圈，比容量为198mAh/g。
对比例2
和实施例1相比，区别主要在于，界面层中缺少SBR，具体为：
负极极片制备：采用铜箔作为集流体，以重量百分比计算，界面层含有50％的乙炔黑(SP)导电剂，50％的羧甲基纤维素钠(CMC,聚合物A)，溶剂为去离子水。首先按以上配方将羧甲基纤维素钠(CMC)和去离子水搅拌，完全溶解后加入乙炔黑(SP)快速研磨均匀，形成浆料涂布于铜箔上，在70℃下烘干，形成界面层。将80％硬碳、10％乙炔黑(SP)、10％聚偏氟乙烯(PVDF)溶于N-甲基吡咯烷酮(NMP)，搅拌均匀并涂覆在界面层上，在70℃下干燥12小时，得到负极极片。
钠离子扣式电池组装测试同实施例1。制备好的电池置于25℃的恒温室中静置12h后，在50mA/g的电流密度下充放电，循环200圈，比容量为209mAh/g。
对比例3
和实施例1相比，区别主要在于，聚合物A被替代，具体为：
负极极片制备：采用铜箔作为集流体，以重量百分比计算，界面层含有50％的乙炔黑(SP)导电剂，10％的聚丙烯酸锂(Li-PAA)和40％的丁苯乳胶(SBR，聚合物B)，溶剂为去离子水。首先按以上配方将去离子水和聚丙烯酸锂(Li-PAA)搅拌，完全溶解后加入乙炔黑(SP)快速研磨，完成后加入丁苯乳胶(SBR)搅拌均匀，形成浆料涂布于铜箔上，在70℃下烘干，形成界面层。将80％硬碳、10％乙炔黑(SP)、10％聚偏氟乙烯(PVDF)溶于N-甲基吡咯烷酮(NMP)，搅拌均匀并涂覆在界面层上，在70℃下干燥12小时，得到负极极片。
钠离子扣式电池组装测试同实施例1。制备好的电池置于25℃的恒温室中静置12h后，在50mA/g的电流密度下充放电，循环200圈，比容量为232mAh/g。
由实施例1和对比例1可以看出，采用了本发明制备的含有界面层的负极极片的钠离子电池表现出优越的循环性能，这是由于制备的界面层可以提高电导率，同时增加集流体与活性物质层的粘结性，在负极膨胀时起到缓冲作用，防止活性物质的脱落，提高界面稳定性，降低界面阻抗，从而提高循环比容量和循环稳定性。
由实施例1和对比例2可以看出，当界面层缺少丁苯乳胶(SBR)时，电池循环性能下降明显。
由实施例1和实施例2以及实施例3和实施例4对比可以看出，在具有界面层的负极中，增加活性物质含量，减少聚合物和导电剂含量，可以获得更好的循环比容量。这是由于界面层和活性物质层的复合作用增大，不易脱落，且极片中活性物质增加，有利于Na+的脱嵌。
由实施例1和对比例3可以看出，当处理层中的聚合物不是本发明所述的聚合物A中的一种聚合物时，即羧甲基纤维素钠(CMC)被聚丙烯酸锂(Li-PAA)替代时，电池表现出较差的循环性能。此外，由于对比例3中处理层的存在，相比于对比例1具有循环性能的提高，但效果不明显。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种钠离子电池负极极片，其特征在于，包括集流体、复合在负极集流体表面的界面层以及复合在界面层的活性材料层；
所述的界面层包括包含聚合物A和聚合物B的聚合物基底以及包埋在聚合物基底中的导电剂A；
所述的聚合物A为羧甲基纤维素钠；
所述的导电剂A为科琴黑、石墨烯，乙炔黑，碳纤维，碳纳米管，导电石墨中的至少一种；
所述的聚合物B为非极性的高分子聚合物丁苯乳胶；
所述的活性材料层包括钠离子电池活性材料、导电剂B以及粘结剂。
2.如权利要求1所述的钠离子电池负极极片，其特征在于，所述集流体为平面金属集流体。
3.如权利要求2所述的钠离子电池负极极片，其特征在于，所述集流体为铜箔，铝箔或镍片。
4.如权利要求1所述的钠离子电池负极极片，其特征在于，界面层中，各成分的重量份为：导电剂A 50-70份；聚合物A 2-20份；聚合物B 20-40份。
5.如权利要求1所述的钠离子电池负极极片，其特征在于，活性材料层中，所述的钠离子电池活性材料为硬碳；
所述的粘结剂为PVDF；
所述的导电剂B为科琴黑、石墨烯，乙炔黑，碳纤维，碳纳米管，导电石墨中的至少一种。
6.如权利要求1所述的钠离子电池负极极片，其特征在于，活性材料层中，各成分的重量份为：活性材料70-90份；导电剂B2-20份；粘结剂2-20份。
7.如权利要求1所述的钠离子电池负极极片，其特征在于，界面层的厚度为1~10μm；
活性材料层的厚度为5~20μm。
8.一种权利要求1~7任一项所述的钠离子电池负极极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将所述聚合物A在分散剂中分散后加入导电剂A，分散均匀后再和所述的聚合物B混合，浆化并复合在集流体的表面，固化，在集流体的表面形成界面层；
2）将负极活性材料、导电剂B和粘结剂浆化并涂覆在界面层的表面，干燥，形成活性材料层，制得所述的钠离子电池负极极片。
9.一种权利要求1~7任一项所述的钠离子电池负极极片的应用，其特征在于，将其用作钠离子电池的负极。
10.一种钠离子电池，其特征在于，所述的负极为权利要求1~7任一项所述的钠离子电池负极极片，或者为权利要求8所述的制备方法制得的负极。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010896423.1A CN114122395B (zh) | 2020-08-31 | 2020-08-31 | 一种钠离子电池用负极极片的制备及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010896423.1A CN114122395B (zh) | 2020-08-31 | 2020-08-31 | 一种钠离子电池用负极极片的制备及其应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114122395A CN114122395A (zh) | 2022-03-01 |
| CN114122395B true CN114122395B (zh) | 2024-03-19 |
Family
ID=80359941
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010896423.1A Active CN114122395B (zh) | 2020-08-31 | 2020-08-31 | 一种钠离子电池用负极极片的制备及其应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114122395B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024065578A1 (zh) * | 2022-09-30 | 2024-04-04 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 钠离子电池及包含其的用电装置 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010277935A (ja) * | 2009-05-29 | 2010-12-09 | Nissan Motor Co Ltd | 非水電解質二次電池 |
| WO2012132813A1 (ja) * | 2011-03-28 | 2012-10-04 | 日産自動車株式会社 | ナトリウムイオン二次電池用添加剤及びナトリウムイオン二次電池 |
| CN103779570A (zh) * | 2012-10-23 | 2014-05-07 | 海洋王照明科技股份有限公司 | 锂离子电池负极片及其制备方法 |
| CN106816576A (zh) * | 2016-12-19 | 2017-06-09 | 华中科技大学 | 一种钠离子电池负极材料的制备方法及其产品与应用 |
| CN106920989A (zh) * | 2017-05-17 | 2017-07-04 | 厦门大学 | 一种铜硒化合物为负极材料的钠离子电池 |
| CN107204467A (zh) * | 2017-06-13 | 2017-09-26 | 中国电子新能源（武汉）研究院有限责任公司 | 钠离子电池负极浆料、负极片及电池 |
| CN108807843A (zh) * | 2017-05-04 | 2018-11-13 | 中国科学院物理研究所 | 多层复合负极及其制备方法和包括其的碱金属电池 |
| JP2020031011A (ja) * | 2018-08-24 | 2020-02-27 | トヨタ自動車株式会社 | 負極活物質 |
| CN110943227A (zh) * | 2019-05-31 | 2020-03-31 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 复合集流体、电极极片及电化学装置 |
| WO2020080831A1 (ko) * | 2018-10-18 | 2020-04-23 | 주식회사 엘지화학 | 삼차원 구조 전극 및 이를 포함하는 전기화학소자 |
-
2020
- 2020-08-31 CN CN202010896423.1A patent/CN114122395B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010277935A (ja) * | 2009-05-29 | 2010-12-09 | Nissan Motor Co Ltd | 非水電解質二次電池 |
| WO2012132813A1 (ja) * | 2011-03-28 | 2012-10-04 | 日産自動車株式会社 | ナトリウムイオン二次電池用添加剤及びナトリウムイオン二次電池 |
| CN103779570A (zh) * | 2012-10-23 | 2014-05-07 | 海洋王照明科技股份有限公司 | 锂离子电池负极片及其制备方法 |
| CN106816576A (zh) * | 2016-12-19 | 2017-06-09 | 华中科技大学 | 一种钠离子电池负极材料的制备方法及其产品与应用 |
| CN108807843A (zh) * | 2017-05-04 | 2018-11-13 | 中国科学院物理研究所 | 多层复合负极及其制备方法和包括其的碱金属电池 |
| CN106920989A (zh) * | 2017-05-17 | 2017-07-04 | 厦门大学 | 一种铜硒化合物为负极材料的钠离子电池 |
| CN107204467A (zh) * | 2017-06-13 | 2017-09-26 | 中国电子新能源（武汉）研究院有限责任公司 | 钠离子电池负极浆料、负极片及电池 |
| JP2020031011A (ja) * | 2018-08-24 | 2020-02-27 | トヨタ自動車株式会社 | 負極活物質 |
| WO2020080831A1 (ko) * | 2018-10-18 | 2020-04-23 | 주식회사 엘지화학 | 삼차원 구조 전극 및 이를 포함하는 전기화학소자 |
| CN110943227A (zh) * | 2019-05-31 | 2020-03-31 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 复合集流体、电极极片及电化学装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Electrochemical properties of PX-phase PbTiO3 electrode for sodium ion batteries;Yixiang Zhang等;RSC Advances;第7卷(第41期);25678-25684 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114122395A (zh) | 2022-03-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2022267538A1 (zh) | 钠离子电池的负极极片、电化学装置及电子设备 | |
| CN110137485B (zh) | 一种含有表面修饰膜的硅负极材料的制备方法 | |
| Yang et al. | A polypyrrole-coated acetylene black/sulfur composite cathode material for lithium–sulfur batteries | |
| CN109273694B (zh) | 一种石墨烯/氧化亚锡二维异质结复合材料及其制备方法 | |
| CN112886011A (zh) | 复合补锂膜及其制备方法和应用 | |
| CN106784789B (zh) | 一种富锂锰基材料锂离子电池正极及包含该正极的锂离子电池 | |
| KR100758383B1 (ko) | 리튬/유황이차전지용 탄소 코팅 유황전극 | |
| CN101420047A (zh) | 一种锂硫二次电池的制备方法 | |
| WO2022267535A1 (zh) | 锂金属负极极片、电化学装置及电子设备 | |
| US11394054B2 (en) | Polymer microspheres as binders for composite electrolytes | |
| WO2023123752A1 (zh) | 一种极性集流体及其制备方法 | |
| CN114551900B (zh) | 一种多功能集流体及其制备方法和应用 | |
| Manoj et al. | Sulfur-polyaniline coated mesoporous carbon composite in combination with carbon nanotubes interlayer as a superior cathode assembly for high capacity lithium-sulfur cells | |
| US20220021079A1 (en) | Polymer microspheres as binders for composite electrolytes | |
| CN110875476A (zh) | 锂二次电池的负极、其制备方法和锂二次电池 | |
| CN112164769A (zh) | 一种基于聚酰亚胺基电极粘结剂的硅基负极材料的制备方法 | |
| CN105489892B (zh) | 一种锂硫电池复合正极片及其制备方法 | |
| CN107069075A (zh) | 一种普鲁士蓝/氮化磷酸锂/锂全固态二次电池及其制备方法 | |
| CN112952292B (zh) | 一种可用于金属锂电池和金属钠电池的复合隔膜及其制备方法以及应用 | |
| CN114122395B (zh) | 一种钠离子电池用负极极片的制备及其应用 | |
| CN113540437A (zh) | 一种改善循环性能的低温锂离子电池 | |
| CN110444765B (zh) | 三聚氰胺交联聚乙烯醇水凝胶在锂电池硅负极材料中的应用 | |
| CN117038849A (zh) | 一种高倍率的固态电解质硅一体化电极及制备方法与应用 | |
| CN116376280A (zh) | 聚对苯撑苯并二噁唑多孔膜及其制备方法和应用、复合隔膜及电池 | |
| KR20230091517A (ko) | 고체 전해질 및 이를 포함하는 전고체 전지 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |