CN114583136A - 一种高性能锂/钠离子电池的制备方法及电池 - Google Patents

一种高性能锂/钠离子电池的制备方法及电池 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种高性能锂/钠离子电池的制备方法及电池，其通过将钠离子与锂离子电池混合制备新材料的电池，其将锂离子电池的长寿命、高能量密度、高倍率、高克容量、高电压平台等优势和钠离子电池的低温性能优异、长寿命、低成本、资源丰富等的优势合并予一体，解决锂离子电池的低温性能。具体而言其正极主材采用锂离子材料和钠离子材料复合材料，能够有效改善锂离子电池的低温性能。

Description

一种高性能锂/钠离子电池的制备方法及电池
技术领域
本发明涉及电池制备制造技术领域，尤其是涉及一种高性能锂/钠离子电池的制备方法及电池。
背景技术
随着能源与环境问题的日益凸显，新能源产业越来越受重视。锂离子电池因其能量密度高、循环性能好等特点，近年来作为一种重要的新型储能装置被广泛应用。然而，由于锂离子电池相关活性物质资源稀缺，电池成本始终居高不下，同时面临相关资源枯竭等严峻问题，特别是锂离子电池在长期低温条件下使用会引起在电池负极端析锂问题的出现，导致锂枝晶不断积累，使电池处于亚安全状态，进而引起一系列的安全事故。
目前，钠离子电池由于其成本低、资源丰富、与锂离子电池制造工艺相仿等优势使其成为近年来热门研究方向。研究也发现出一些客观问题，钠离子电池在低温条件下充放电性能表现较差。
目前，针对锂离子电池低温性能的改善方法主要集中在两点，一是改善电芯的原材料，如电解液、铁锂材料，通过添加低温添加剂，增加碳等导电剂以增加铁锂的导电性能等。另一方面是通过优化pack设计，在电池包中间或外面增加隔热、加热等物质。以上方法也取得了一定的效果，但是一方面增加了成本，包括设计成本、加工成本、热工成本等，同时并没有从根本上解决电芯的低温充放电难，甚至存在安全隐患的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高性能锂/钠离子电池的制备方法及电池，以解决现有技术中涉及的上述技术问题。
为达到上述目的，本发明提供的技术方案如下：
本发明提出一种低温性能优异的锂/钠离子电池的制备方法，包括以下步骤：
采用铝箔作为正极集流体，将含有锂离子电池正极材料和含有钠离子电池正极材料与正极导电剂、正极粘接剂混合得到目标混合物，用目标溶剂对所述目标混合物溶解后做成浆料，并将所述浆料涂于正极集流体的正极铝箔表面上；经过涂布、辊压、切片、制备获得正极集流体的正极极片；
采用铜箔作为负极集流体，将负极导电剂、负极粘结剂、负极增稠剂混合后涂布；然后经过辊压、切片、制备获得负极集流体的负极极片；
再经过叠片制备电芯，随后对所述电芯进行烘烤、注液、化成、分容，得到目标锂/钠离子电池(即低温性能优异的锂/钠离子电池)。
优选的，作为一种可实施方案所述目标溶剂为NMP溶剂。
优选的，作为一种可实施方案；所述含有锂离子电池正极材料包括磷酸铁锂材料、镍钴锰三元正极材料(111、442、532等)、锰酸锂、钴酸锂、磷酸锰铁锂、富锂锰等中的一种或几种。
优选的，作为一种可实施方案；所述含有钠离子电池正极材料包括过渡氧化物、普鲁士蓝与聚阴离子类等中的一种或几种。
优选的，作为一种可实施方案；所述含有锂离子电池正极材料与含有钠离子电池正极材料的体积比例范围为95:5-5:95，且优选比例范围为90:10-10:90。
优选的，作为一种可实施方案；所述正极导电剂包括碳黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯、科琴黑中的一种或多种的组合；所述正极粘结剂包括聚四氟乙烯PVDF。
优选的，作为一种可实施方案；所述负极导电剂包括碳黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯、科琴黑中的一种或多种的导电浆料和/或粉体组合。
所述负极粘结剂包括聚丙烯酸、丁苯橡胶、海藻酸钠、聚丙烯脂共聚物中的一种或多种的组合；
所述负极增稠剂包括羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素、羧乙基纤维素中的一种或多种的组合。
本发明提供过了一种高性能锂/钠离子电池，采用上述高性能锂/钠离子电池的制备方法实施制造；所述高性能锂/钠离子电池包括封装层，设置在所述封装层内部两端的电池正极电极、电池负极电极以及设置两者中间位置处隔膜层；所述封装层的内部还设置有电解液；
所述电池正极电极包括正极集流体；所述电池负极电极包括负极集流体；所述负极集流体为铜箔；所述正极集流体为铝箔。
优选的，作为一种可实施方案；所述电解液为锂离子电池电解液，其成分包括电解液锂盐、电解液钠盐、电解液溶剂、电解液添加剂；所述电解液锂盐包括六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、草酸二氟硼酸锂中的一种或多种的组合；
所述电解液钠盐包括六氟磷酸钠、双草酸硼酸钠、草酸二氟硼酸钠中的一种或多种的组合；
所述电解液溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲丙酯、碳酸二甲酯中的一种或多种的组合；
所述电解液添加剂包括碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、二氟代碳酸乙烯酯、硫酸亚乙酯、丁二腈中的一种或多种的组合；
优选的，作为一种可实施方案；所述隔膜层为锂离子电池隔膜；
所述锂离子电池隔膜包括聚乙烯、聚丙烯、表面涂覆氧化铝的陶瓷隔膜/表面涂覆PVDF的隔膜中的一种或多种的复合隔膜。
本发明实施例至少存在如下方面的技术优势：
在上述技术方案中，通过将钠离子与锂离子电池混合制备新材料的电池，其将锂离子电池的长寿命、高能量密度、高倍率、高克容量、高电压平台等优势和钠离子电池的低温性能优异、长寿命、低成本、资源丰富等的优势合并予一体，解决锂离子电池的低温性能。具体而言其正极主材采用锂离子材料和钠离子材料复合材料，能够有效改善锂离子电池的低温性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明第实施例提供的高性能锂/钠离子电池的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
如图1所示，本发明实施例提供的一种高性能锂/钠离子电池的制备方法，包括：
步骤S101,采用铝箔作为正极集流体，将含有锂离子电池正极材料和含有钠离子电池正极材料与正极导电剂、正极粘接剂混合得到目标混合物，用目标溶剂对所述目标混合物溶解后做成浆料，并将所述浆料涂于正极集流体的正极铝箔表面上；经过涂布、辊压、切片、制备获得正极集流体的正极极片；
步骤S102,采用铜箔作为负极集流体，将负极导电剂、负极粘结剂、负极增稠剂混合后涂布；然后经过辊压、切片、制备获得负极集流体的负极极片；
步骤S103,再经过叠片制备电芯，随后对所述电芯进行烘烤、注液、化成、分容，得到目标锂/钠离子电池(即低温性能优异的锂/钠离子电池)。
优选的，作为一种可实施方案所述目标溶剂为NMP溶剂。
优选的，作为一种可实施方案；所述含有锂离子电池正极材料包括磷酸铁锂材料、镍钴锰三元正极材料(111、442、532等)、锰酸锂、钴酸锂、磷酸锰铁锂、富锂锰等中的一种或几种。
优选的，作为一种可实施方案；所述含有钠离子电池正极材料包括过渡氧化物、普鲁士蓝与聚阴离子类等中的一种或几种。
优选的，作为一种可实施方案；所述含有锂离子电池正极材料与含有钠离子电池正极材料的体积比例范围为95:5-5:95，且优选比例范围为90:10-10:90。
优选的，作为一种可实施方案；所述负极导电剂包括碳黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯、科琴黑中的一种或多种的导电浆料和/或粉体组合。所述负极粘结剂包括聚丙烯酸、丁苯橡胶、海藻酸钠、聚丙烯脂共聚物中的一种或多种的组合。所述负极增稠剂包括羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素、羧乙基纤维素中的一种或多种的组合。
优选的，作为一种可实施方案；所述正极粘结剂包括聚四氟乙烯PVDF。所述正极导电剂包括碳黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯、科琴黑中的一种或多种的组合。
在上述技术方案中，通过将钠离子与锂离子电池混合制备新材料的电池，其将锂离子电池的长寿命、高能量密度、高倍率、高克容量、高电压平台等优势和钠离子电池的低温性能优异、长寿命、低成本、资源丰富等的优势合并予一体，解决锂离子电池的低温性能。具体而言其正极主材采用锂离子材料和钠离子材料复合材料，能够有效改善锂离子电池的低温性能。
同时本发明实施例提供的技术方案，能够使电池在低温环境下具有较高的电子电导率和钠离子迁移速率，以使电池可以增大充放电电流，降低充放电时间，提升充放电效率。
本发明实施例提供的技术方案能够使电池在低温环境下，降低或消除锂枝晶的形成，降低电池内短路的发生，降低电池安全隐患。
本发明实施例提供的技术方案能够使电池在低温环境下，钠离子的脱嵌过程中，主体结构的体积变化较小，使电池具有较好的结构稳定性，持续充放电工作，延长电池的使用寿命。
本发明实施例提供的技术方案能够使电池在低温环境下，可以避免或消除微短路的形成，提高电池的容量保持，从而提升循环寿命。
本发明实施例提供过了一种高性能锂/钠离子电池，采用上述高性能锂/钠离子电池的制备方法实施制造；所述高性能锂/钠离子电池包括封装层，设置在所述封装层内部两端的电池正极电极、电池负极电极以及设置两者中间位置处隔膜层；所述封装层的内部还设置有电解液；
所述电池正极电极包括正极集流体；所述电池负极电极包括负极集流体；所述负极集流体为铜箔；所述正极集流体为铝箔。
不仅如此，上述电池正极电极还包括正极活物质、正极导电剂、正极粘结剂。其中，所述正极活物质占电极总量90wt％-99wt％，优选为95wt％-98wt％。所述正极活物质包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料、富锂锰材料和过渡氧化物、普鲁士蓝与聚阴离子类。
不仅如此，上述电池负极电极还包括负极活物质、负极导电剂、负极粘结剂、负极增稠剂。其中，负极活物质占电极总量90wt％-99wt％，优选为95wt％-98wt％。所述负极活物质包括人造石墨、天然石墨、硅、氧化亚硅、硅-碳复合物中的一种或多种的组合。
同时，上述电解液为锂离子电池电解液，其成分包括电解液锂盐、电解液钠盐、电解液溶剂、电解液添加剂；所述隔膜层为锂离子电池隔膜；
所述电解液锂盐包括六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、草酸二氟硼酸锂中的一种或多种的组合；
所述电解液钠盐包括六氟磷酸钠、双草酸硼酸钠、草酸二氟硼酸钠中的一种或多种的组合；
所述电解液溶剂包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸二甲酯(DMC)中的一种或多种的组合；
所述电解液添加剂包括碳酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、亚硫酸丙烯酯(PS)、碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、二氟代碳酸乙烯酯(DFEC)、硫酸亚乙酯(DTD)、丁二腈(SN)中的一种或多种的组合；
所述锂离子电池隔膜包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、表面涂覆氧化铝的陶瓷隔膜/表面涂覆PVDF的隔膜中的一种或多种的复合隔膜。
下面通过本发明实施例的具体实验数据进行说明：
实施例1
本发明实施例1如下：(1)正极活物质采用磷酸铁锂(LiFePO4)，正极集流体采用铝箔，将正极主材与导电剂、粘接剂混合，用NMP溶解后做成浆料，并将浆料涂于正极铝箔表面。(2)负极活性物质采用石墨，负极集流体采用铜箔；(3)隔膜层；(4)电解液；(5)铝塑膜；(6)极耳；将上述材料制备成裸电芯，然后将裸电芯放入成型的铝塑膜中，然后进行封装、干燥、注液、化成、抽气、分容、老化。
实施例2
本发明实施例2采用如下组合组分设计：正极活物质采用磷酸铁锂(LiFePO4)：过渡金属氧化物(NaMeO2)＝7:3；其他与实施例1一致。
实施例3
本发明实施例3采用如下组合组分设计：正极活物质采用磷酸铁锂(LiFePO4)：过渡金属氧化物(NaMeO2)＝5:5；其他与实施例1一致。
实施例4
本发明实施例4采用如下组合组分设计：正极活物质采用磷酸铁锂(LiFePO4)：过渡金属氧化物(NaMeO2)＝3:7；其他与实施例1一致。
实施例5
本发明实施例5采用如下组合组分设计：正极活物质采用三元材料(NCM111、NCM523、NCM622、NCM811、NCA)；其他与实施例1一致。
实施例6
本发明实施例6采用如下组合组分设计：正极活物质采用三元材料(NCM111、NCM523、NCM622、NCM811、NCA)：过渡金属氧化物(NaMeO2)＝3:7；其他与实施例1一致。
本申请实施例1-6的对比参考数据表如下：
Figure BDA0003550024880000091
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种高性能锂/钠离子电池的制备方法，其特征在于，包括如下操作步骤：
采用铝箔作为正极集流体，将含有锂离子电池正极材料和含有钠离子电池正极材料与正极导电剂、正极粘接剂混合得到目标混合物，用目标溶剂对所述目标混合物溶解后做成浆料，并将所述浆料涂于正极集流体的正极铝箔表面上；经过涂布、辊压、切片、制备获得正极集流体的正极极片；
采用铜箔作为负极集流体，将负极导电剂、负极粘结剂、负极增稠剂混合后涂布；然后经过辊压、切片、制备获得负极集流体的负极极片；
再经过叠片制备电芯，随后对所述电芯进行烘烤、注液、化成、分容，得到目标锂/钠离子电池。
2.根据权利要求1所述的高性能锂/钠离子电池的制备方法，其特征在于，所述目标溶剂为NMP溶剂。
3.根据权利要求1所述的高性能锂/钠离子电池的制备方法，其特征在于，所述含有锂离子电池正极材料包括磷酸铁锂材料、镍钴锰三元正极材料、锰酸锂、钴酸锂、磷酸锰铁锂、富锂锰等中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的高性能锂/钠离子电池的制备方法，其特征在于，所述含有钠离子电池正极材料包括过渡氧化物、普鲁士蓝与聚阴离子类等中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的高性能锂/钠离子电池的制备方法，其特征在于，所述含有锂离子电池正极材料与含有钠离子电池正极材料的体积比例范围为95:5-5:95，且优选比例范围为90:10-10:90。
6.根据权利要求1所述的高性能锂/钠离子电池的制备方法，其特征在于，所述正极导电剂包括碳黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯、科琴黑中的一种或多种的组合；所述正极粘结剂包括聚四氟乙烯PVDF。
7.根据权利要求1所述的高性能锂/钠离子电池的制备方法，其特征在于，所述负极导电剂包括碳黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯、科琴黑中的一种或多种的导电浆料和/或粉体组合；
所述负极粘结剂包括聚丙烯酸、丁苯橡胶、海藻酸钠、聚丙烯脂共聚物中的一种或多种的组合；
所述负极增稠剂包括羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素、羧乙基纤维素中的一种或多种的组合。
8.一种高性能锂/钠离子电池，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项所述的高性能锂/钠离子电池的制备方法实施制造；所述高性能锂/钠离子电池包括封装层，设置在所述封装层内部两端的电池正极电极、电池负极电极以及设置两者中间位置处隔膜层；所述封装层的内部还设置有电解液；
所述电池正极电极包括正极集流体；所述电池负极电极包括负极集流体；所述负极集流体为铜箔；所述正极集流体为铝箔。
9.根据权利要求8所述的高性能锂/钠离子电池，其特征在于，所述电解液为锂离子电池电解液，其成分包括电解液锂盐、电解液钠盐、电解液溶剂、电解液添加剂；所述电解液锂盐包括六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、草酸二氟硼酸锂中的一种或多种的组合；
所述电解液钠盐包括六氟磷酸钠、双草酸硼酸钠、草酸二氟硼酸钠中的一种或多种的组合；
所述电解液溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲丙酯、碳酸二甲酯中的一种或多种的组合；
所述电解液添加剂包括碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、亚硫酸丙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、二氟代碳酸乙烯酯、硫酸亚乙酯、丁二腈中的一种或多种的组合。
10.根据权利要求9所述的高性能锂/钠离子电池，其特征在于，所述隔膜层为锂离子电池隔膜；
所述锂离子电池隔膜包括聚乙烯、聚丙烯、表面涂覆氧化铝的陶瓷隔膜/表面涂覆PVDF的隔膜中的一种或多种的复合隔膜。
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