CN116364880A - 一种复合锂钠离子电池 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种复合锂钠离子电池，包括有锂正极极片及含有硬碳或软碳与石墨或硅碳的复合物负极；所述锂正极极片包括有钠离子正极材料和锂正极材料，所述钠离子正极材料包括有层状氧化物钠离子正极、普鲁士蓝化合物钠离子正极，和聚阴离子化合物，所述锂正极材料包括有镍钴锰酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、富锂锰基正极材料。本发明通过锂钠材料掺杂的方式制备复合锂钠离子电池，具体的就是通过钠离子正极材料和锂正极材料制备锂正极极片，解决了首次效率低、容量偏低、平台偏低需要增加电池串联数的问题，可沿用目前成熟锂离子电池管理系统，从而在轻型电动车，小型移动储能上得到快速的应用。

Description

一种复合锂钠离子电池
技术领域
本申请涉及锂离子与钠离子电池技术领域，具体涉及一种复合锂钠离子电池。
背景技术
中国汽车工业协会最新发布的统计数据显示，2022年我国新能源汽车持续爆发式增长，产销分别完成705.8万辆和688.7万辆，同比分别增长96.9％和93.4％，连续8年保持全球第一。锂电池是新能源汽车不可或缺的重要部件，碳酸锂是锂电池的主要原材料，按照碳酸锂年需求30％的增速，预计到2024年国内碳酸锂需求量将达到76万吨，供需缺口巨大，从2021年初的6万每吨爆长到近60万/吨，主要原材料的飙升给下游应用市场带来不小的冲击。
钠元素在地壳中储量丰富，分布广泛，使得钠离子电池成为比锂离子电池更便宜的替代品，然而，目前钠离子电池的发展普遍存在储钠容量不高，工作电压低，循环稳定性差、首次效率低，容量偏低，平台偏低需要增加电池串联数等诸多问题，而得不到快速应用。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，一种复合锂钠离子电池，采用的技术方案包括：
一种复合锂钠离子电池，包括有锂正极极片及含有硬碳或软碳与石墨或硅碳的复合物负极；所述锂正极极片包括有钠离子正极材料和锂正极材料，所述钠离子正极材料包括有层状氧化物钠离子正极、普鲁士蓝化合物钠离子正极，和聚阴离子化合物，所述锂正极材料包括有镍钴锰酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、富锂锰基正极材料。
在进一步的改进方案中，锂正极极片中，钠离子正极材料和锂正极材料的比例为5～80：20～95。
在进一步的改进方案中，复合物负极中，所述的硬碳或软碳材料与石墨或硅碳材料的比例为20～100：0～80。
在进一步的改进方案中，包括电池壳体以及位于电池壳体内的电芯，所述电芯包括有锂正极极片、复合物负极以及注入至电芯内部的电解液；所述电解液由锂盐：钠盐：碳酸酯类有机溶液组成，且钠盐与锂盐的比例为：0～50：50：100。
本发明的有益效果：
本发明通过锂钠材料掺杂的方式制备复合锂钠离子电池，具体的就是通过钠离子正极材料和锂正极材料制备锂正极极片，解决了首次效率低、容量偏低、平台偏低需要增加电池串联数的问题，可沿用目前成熟锂离子电池管理系统，从而在轻型电动车，小型移动储能上得到快速的应用。
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细描述：
附图说明
图1为本发明实施例1至实施7中不同方案制得的复合锂钠离子电池的放电曲线图。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
将参考以下所讨论的细节来描述本申请的多种实施方式和方面，附图将示出所述多种实施方式。下列描述和附图是对本申请的说明，而不应当解释为限制本申请。描述了许多特定细节以提供对本申请各种实施方式的全面理解。然而，在某些情况下，并未描述众所周知的或常规的细节以提供对本申请的实施方式的简洁讨论。
本说明书中对“一个实施方式”或“实施方式”的提及意味着结合该实施方式所描述的特定特征、结构或特性可以包括在本申请的至少一个实施方式中。短语“在一个实施方式中”在本说明书中各个地方的出现不必全部指同一实施方式。
应理解的是，本文中所描述的具体实施方式仅用于解释本申请，而非对本申请的范围进行限定。需注意的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。因此，本领域普通技术人员将认识到，在不背离本公开的范围和精神的情况下，可对本文中所描述的多种实施方式进行多种改变和修改。
除非另有限定，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与由本申请所属技术领域的普通技术人员所通常理解的含义相同的含义。还将理解的是，除非本文中明确地如此限定，否则诸如常用词典中定义的那些术语应被解释成具有与其在相关技术领域和/或本说明书的上下文中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于正式的含义进行解释。
此外，应注意：(1)某些步骤可选择性地执行；(2)步骤可不限于本文中所陈述的特定顺序；(3)某些步骤可以以不同的顺序执行；以及(4)某些步骤可同时进行。
实施例1
制备复合锂钠离子电池正极，制备步骤为：按78.4：19.6：1：1的质量比混比NCM(镍钴锰酸锂，简称NCM)、钠离子正极(层状氧化物钠离子正极)、导电碳黑和粘结剂，其中粘结剂为聚偏二氟依稀，将上述材料分散在N-甲基-2吡咯烷烔中和到正极浆料，将正极浆料均匀涂布在铝箔两面，经烘干，压延，分切，真空干燥并用超声波焊上铝极耳得到正极片，正极片的厚度在100-180um之间；
制备复合锂钠离子电池负极，制备步骤为：按76.4：19.1：1：2：1.5的质量比混合石墨、硬碳、导电碳黑、粘结剂丁苯橡胶和羧甲基纤维素纳，分散在去离子水中，得到负极浆料，将负极浆料涂布在铜箔的两面，经过烘干、压延、分切和真空干燥，并用超声波机焊上镍极耳得到负极片，负极的厚度在100-180um之间；
电解液制备步骤为：将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC)按体积比EC:DEC:EMC＝1：1：1进行混合，将六氟磷酸钠、六氟磷酸锂按20：80的比例混合配成1mol/l的混合盐，再加入基于电解液总重量的1.5％碳酸亚乙烯酯(VC)，2％1,3-丙烷磺酸内酯(PS)的添加剂，最后得到电解液；
电池组装步骤为：正负极之间放置厚度为16±2μm的PE隔离膜，然后将正负极进行卷绕，再将卷芯压扁后放入铝塑包装膜中，在85±5℃下真空烘烤24H，得到待注液的电芯，将上述制备的电解液注入电芯中，然后按以下步骤进行首次充电的常规化成：0.2C 16min，0.7C充40min，然后进一步以0.5C恒流恒压充至4.2V，再0.5C恒流放到2V，最后得到复合锂钠离子电池。
实施例2：
如表1所示，正极制备按50％钠离子正极：50％NMC，负极制备按50％硬碳：50％石墨，电液制备按50％的六氟磷酸钠与50％的六氟磷酸锂混合，其它与实施例1相同。
实施例3：
如表1所示，正极制备按80％钠离子正极：20％NMC，负极制备按80％硬碳：20％石墨，电液制备按80％的六氟磷酸钠与20％的六氟磷酸锂混合，其它与实施例1相同。
实施例4
如表1所示，正极制备按20％钠离子正极：80％锰酸锂(简称LMO)，负极制备按20％硬碳：80％石墨，电液制备按20％的六氟磷酸钠与80％的六氟磷酸锂混合，其它与实施例1相同。
实施例5
如表1所示，正极制备按50％钠离子正极：50％锰酸锂(简称LMO)，负极制备按50％硬碳：50％石墨，电液制备按50％的六氟磷酸钠与50％的六氟磷酸锂混合，其它与实施例1相同。
实施例6
如表1所示，正极制备按20％钠离子正极：80％磷酸锰铁锂(简称LMFP)，负极制备按20％硬碳：80％石墨，电液制备按20％的六氟磷酸钠与80％的六氟磷酸锂混合，其它与实施例1相同。
实施例7
如表1所示，正极制备按50％钠离子正极：50％磷酸锰铁锂(简称LMFP)，负极制备按50％硬碳：50％石墨，电液制备按50％的六氟磷酸钠与50％的六氟磷酸锂混合，其它与实施例1相同。
下表表1为实施1～实施7中复合锂钠离子电池的具体配比方案及其参数：
Figure BDA0004066924320000061
Figure BDA0004066924320000071
表1
尽管参照上面实施例详细说明了本发明，但是通过本公开对于本领域技术人员显而易见的是，而在不脱离所述的权利要求限定的本发明的原理及精神范围的情况下，可对本发明做出各种变化或修改。因此，本公开实施例的详细描述仅用来解释，而不是用来限制本发明，而是由权利要求的内容限定保护的范围。

Claims (4)

1.一种复合锂钠离子电池，其特征在于，包括有锂正极极片及含有硬碳或软碳与石墨或硅碳的复合物负极；所述锂正极极片包括有钠离子正极材料和锂正极材料，所述钠离子正极材料包括有层状氧化物钠离子正极、普鲁士蓝化合物钠离子正极，和聚阴离子化合物，所述锂正极材料包括有镍钴锰酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、富锂锰基正极材料。
2.根据权利要求1所述的一种复合锂钠离子电池，其特征在于，锂正极极片中，钠离子正极材料和锂正极材料的比例为5～80：20～95。
3.根据权利要求1所述的一种复合锂钠离子电池，其特征在于，复合物负极中，所述的硬碳或软碳材料与石墨或硅碳材料的比例为20～100：0～80。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种复合锂钠离子电池，其特征在于，包括电池壳体以及位于电池壳体内的电芯，所述电芯包括有锂正极极片、复合物负极以及注入至电芯内部的电解液；所述电解液由锂盐：钠盐：碳酸酯类有机溶液组成，且钠盐与锂盐的比例为：0～50：50：100。
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