CN115692875A - 一种变电站直流替代性环保电池制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电池制作领域，尤其是涉及一种变电站直流替代性环保电池制作方法，特征在于包含如下步骤：第10步：制造负极，将锌金属制成片状；第11步：制备正极材料，将Na4Fe3(PO4)2(P2O7)研磨并加入水、加入一水合柠檬酸形成混合溶液，然后将混合溶液喷雾干燥得到前驱体，然后置于煅烧得到正极材料粉末体；第12步：制造正极，将正极材料、粘结剂按照一定比例混合，并充分溶解得到正极浆料，将正极浆料涂抹于铝箔上，并真空干燥，最后挤压形成正极片；第13步：组装电池；本发明具有操作方便、制成的电池结构简单、电池容量高、成本低、无毒无污染、安全性高、离子迁移率高，功率密度高等有益效果。
Description
技术领域
本发明属于电池制作领域，尤其是涉及一种变电站直流替代性环保电池制作方法。
背景技术
据不完全统计,全国拥有数十余万座变电站,单体铅酸蓄电池数量达到2000万节。随着中国电网建设的全面快速发展,新增使用的单体铅酸蓄电池的数量将十分庞大全国每年平均产生约700万只退运电池,同时也意味着每年需补充采购至少700万只新电池,为此支出的费用庞大。虽然废旧铅酸电池可以修复和梯次利用，且相关技术也已发展成熟，但仅有40%的电池具备修复和梯次利用价值，且修复过程能耗高，全生命周期仍旧有较多的危废产生。寻找铅酸蓄电池的替代品是解决以上突出矛盾的有效途径。虽然近些年钠硫电池、液流电池和锂离子电池等技术在成本、安全性、寿命等方面已经有了大幅提高，在电网规模储能应用方面取得很多进展。然而，这些传统的电化学储能技术目前还很难达到后备电源对成本、可靠性、寿命、安全性等多方面的综合要求。
现有技术中，如CN112510198A公开了一种水溶液钠离子电池，其特征在于，包括正极、负极、电解液和隔膜；其中，所述正极包括重量比为80:10:10的Na4Fe3(PO4)2(P2O7)正极活性材料、导电剂、粘结剂，导电剂为导电炭黑SP，粘结剂为重量百分比为60％的PTFE乳液；所述负极为锌片；所述电解液为15mol·L-1的双(氟磺酰)亚胺钠水溶液；所述隔膜为玻璃纤维；所述Na4Fe3(PO4)2(P2O7)正极活性材料的制备方法包括以下步骤：将3.1202gNaH2PO4·2H2O、6.06gFe(NO3)3·9H2O、1.0507g一水合柠檬酸、0.45g石墨烯加入至200mL水中，于磁力搅拌下分散0.5h，然后以80％的进风速率、180℃的进风温度、0.5％的进料速率进料进行喷雾干燥得到前驱体；然后将前驱体置于氩气气氛中，于500℃温度下煅烧12h，即得Na4Fe3(PO4)2(P2O7)。
上述现有技术在正极材料的制备工艺方面仍存在进一步改进的空间。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是揭示一种变电站直流替代性环保电池制作方法，它是采用以下技术方案实现的。
一种变电站直流替代性环保电池制作方法，特征在于包含如下步骤：
第10步：制造负极，将锌金属制成片状；
第11步：制备正极材料，将Na4Fe3(PO4)2(P2O7)研磨至粒径0.5～1.0μm，并加入水溶解形成第一混合溶液，在第一混合溶液加入一水合柠檬酸形成第二混合溶液，所述第二混合溶液中碳的质量百分比为1.8-7.4%，然后将第二混合溶液在进口温度180～220℃、热解温度90～125℃的条件下喷雾干燥得到前驱体，然后置于流动氩气气氛下550℃煅烧10h得到正极材料粉末体；
第12步：制造正极，将正极材料、粘结剂按照重量比例8:1混合，并充分溶解于1-甲基-2-吡咯烷酮溶剂中得到正极浆料，将正极浆料涂抹于铝箔上，并在120℃温度条件下真空干燥，最后挤压形成正极片；
第13步：组装电池，将负极、负极、隔膜和电解液组装成电池，并封装。
优选的，上述所述的一种变电站直流替代性环保电池制作方法，其特征在于所述第二混合溶液中柠檬酸含量为每摩尔Na4Fe3(PO4)2(P2O7)含2摩尔柠檬酸。
优选的，上述所述的一种变电站直流替代性环保电池制作方法，其特征在于所述喷雾干燥入口温度200℃，喷雾热解温度110℃。
优选的，上述所述的一种变电站直流替代性环保电池制作方法，其特征在于所述电解液采用浓度为15mol/L的NaFSI。
优选的，上述所述的一种变电站直流替代性环保电池制作方法，其特征在于所述步骤11中的，研磨采用球磨时间为3h。
本发明具有如下有益效果：操作方便、制成的电池结构简单、电池容量高、成本低、无毒无污染、安全性高、离子迁移率高，功率密度高。
附图说明
图1为本发明实施例中不同碳含量Na4Fe3(PO4)2(P2O7)倍率性能测试对图。
图2为本发明实施例中10C长循环对比图。
图3为本发明实施例中不同喷雾热解温度下的Na4Fe3(PO4)2(P2O7)材料的倍率性能对比图。
图4为本发明实施例在0.2C（1C=129mAh·g-1）电流密度下充放电曲线图。
图5为本发明实施例在5C电流密度下的循环性能对比图。
图6为本发明实施例不同循环周期的充放电曲线图。
图7为本发明实施例11AhZn//Na4Fe3(PO4)2(P2O7)软包电池的循环性能测试结果。
具体实施方式
一种变电站直流替代性环保电池制作方法，特征在于包含如下步骤：
第10步：制造负极，将锌金属制成片状；
第11步：制备正极材料，将Na4Fe3(PO4)2(P2O7)研磨至粒径0.5～1.0μm，并加入水溶解形成第一混合溶液，在第一混合溶液加入一水合柠檬酸形成第二混合溶液，所述第二混合溶液中碳的质量百分比为1.8-7.4%，然后将第二混合溶液在进口温度180～220℃、热解温度90～125℃的条件下喷雾干燥得到前驱体，然后置于流动氩气气氛下550℃煅烧10h得到正极材料粉末体；
第12步：制造正极，将正极材料、粘结剂按照重量比例8:1混合，并充分溶解于1-甲基-2-吡咯烷酮溶剂中得到正极浆料，将正极浆料涂抹于铝箔上，并在120℃温度条件下真空干燥，最后挤压形成正极片；
第13步：组装电池，将负极、负极、隔膜和电解液组装成电池，并封装。
如图1和图2，技术人员做了倍率和10C长循环测试综合评估试验，得到碳含量5.3%的Na4Fe3(PO4)2(P2O7)，且柠檬酸含量为2.0的样品为最优，（每摩尔Na4Fe3(PO4)2(P2O7)含2摩尔柠檬酸）。
如图3，技术人员不同喷雾热解温度下的正极材料的倍率性能试验，确定喷雾干燥入口温度200℃，喷雾热解温度110℃为最优喷雾干燥温度。
如图4，展示了Zn//Na4Fe3(PO4)2(P2O7)在0.2C（1C=129mA·g-1）电流下的充放电曲线，可以看到两个分别在1.3V和0.85V的放电平台和一段斜线，且没有发生析氢和析氧副反应。值得注意的是，初始放电比容量为91.4mAh·g-1，放电中压为1.1V，基于正极活性物质质量能量密度可以达到100Wh·kg-1。
如图5，展现了Zn//Na4Fe3(PO4)2(P2O7)全电池在5C电流密度下的长周期循环，初始放电比容量为75.2mAh·g-1，循环2000圈后容量保持率为68.9%，循环5000圈后容量保持率为54.6%，这表明Zn//Na4Fe3(PO4)2(P2O7)具有良好的循环稳定性。除此之外，Zn//Na4Fe3(PO4)2(P2O7)的库伦效率始终保持100%，这表明具有很好的电化学可逆性。
如图6，5C循环下不同周期的充放电曲线，曲线保持斜线，并无明显变化。在第1、100、1000、2000、3000、5000周时，放电容量分别是75.2mAh·g-1、68.6mAh·g-1、60.6mAh·g-1、51.8mAh·g-1、45.6mAh·g-1、40.3mAh·g-1。可以注意到，在2000周和5000周时，能量密度依然可以分别达到46和32Wh·kg-1（基于正极活性物质质量）。
如图7，技术人员对1AhZn//Na4Fe3(PO4)2(P2O7)软包电池的循环性能做了测试，软包电池具有非常优异的循环性能，循环120周，容量保持率达到96.5%。
技术人员还对1AhZn//Na4Fe3(PO4)2(P2O7)软包电池做了针刺试验，结果为通过。
上述所述的一种变电站直流替代性环保电池制作方法，隔膜型号为Celgard2400。
上述所述的一种变电站直流替代性环保电池制作方法，其特征在于所述电解液采用浓度为15mol/L的NaFSI。
上述所述的一种变电站直流替代性环保电池制作方法，其特征在于所述步骤11中的，研磨采用球磨时间为3h。
上述所述的一种变电站直流替代性环保电池制作方法，制作的支持主要用于变电站中使用。
上述所述的NaFSI为双氟磺酰亚胺钠。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种变电站直流替代性环保电池制作方法，特征在于包含如下步骤：
第10步：制造负极，将锌金属制成片状；
第11步：制备正极材料，将Na4Fe3(PO4)2(P2O7)研磨至粒径0.5～1.0μm，并加入水溶解形成第一混合溶液，在第一混合溶液加入一水合柠檬酸形成第二混合溶液，所述第二混合溶液中碳的质量百分比为1.8-7.4%，然后将第二混合溶液在进口温度180～220℃、热解温度90～125℃的条件下喷雾干燥得到前驱体，然后置于流动氩气气氛下550℃煅烧10h得到正极材料粉末体；
第12步：制造正极，将正极材料、粘结剂按照重量比例8:1混合，并充分溶解于1-甲基-2-吡咯烷酮溶剂中得到正极浆料，将正极浆料涂抹于铝箔上，并在120℃温度条件下真空干燥，最后挤压形成正极片；
第13步：组装电池，将负极、负极、隔膜和电解液组装成电池，并封装。
2.根据权利要求1所述的一种变电站直流替代性环保电池制作方法中，其特征在于所述第二混合溶液中柠檬酸含量为每摩尔Na4Fe3(PO4)2(P2O7)含2摩尔柠檬酸。
3.根据权利要求2所述的一种变电站直流替代性环保电池制作方法中，其特征在于所述碳的质量百分比为5.3%。
4.根据权利要求1至权利要求3任意一项所述的一种变电站直流替代性环保电池制作方法，其特征在于所述喷雾干燥入口温度200℃，喷雾热解温度110℃。
5.根据权利要求4所述的一种变电站直流替代性环保电池制作方法，其特征在于所述电解液采用浓度为15mol/L的NaFSI。
6.根据权利要求5所述的一种变电站直流替代性环保电池制作方法，其特征在于所述步骤11中的，研磨采用球磨，时间为3h。
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