CN117706381A - 对箔电池极组、对箔电池及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电池测试领域，具体涉及一种对箔电池极组、对箔电池及其制备方法和应用。对箔电池极包括隔膜、分别设置在所述的隔膜两侧的正极片以及负极铜箔；所述的正极片与正极耳连接；所述的负极铜箔与负极耳连接；所述的负极铜箔为铜箔或者涂炭铜箔。本发明的对箔电池制作过程简单、对环境要求低、且制作成本低；通过本本发明的对箔电池可以测试正极材料及电解液的性能。
Description
技术领域
本发明属于电池测试领域，具体涉及一种对箔电池极组、对箔电池及其制备方法和应用。
背景技术
钠离子电池是继锂离子电池之后最具有应用前景的二次电池技术之一，具有低成本、长寿命、宽温区和高安全的优势。正极材料是决定钠离子电池能量密度和成本的重要因素；金属钠具有极高的反应活泼性，会自发地和任何一种电解液发生副反应并导致活性钠和电解液的快速消耗。除此之外，金属钠电极的沉积/剥离没有固定的位点，且存在明显的枝晶生长趋势，这导致循环过程中电极的巨大的体积形变，以及枝晶刺穿隔膜的安全隐患。因此，寻找一种合适的正极材料及与电池体系相适配的电解液，是减小电池内部副反应、抑制钠枝晶生成、提高钠离子电池能量密度的关键。评测电池性能常使用扣式半电池评测克容量及库伦效率，而制备扣式半电池需严格控制手套箱的水氧值。
CN108508067A一种采用对称电池评价锂离子电池的电池材料的方法，能够对锂离子电池全电池在不同状态时的电池材料的性能进行准确的测试，避免处于不同状态的电池材料受到周围环境的影响而无法直接测试其性能。包括如下步骤：1)将锂离子电池拆解得到极片，取同性极片组装对称电池；2)将步骤1)得到的对称电池进行电化学测试；3)根据步骤2)的电化学测试结果对电池材料进行评价。该方法需要同时拆解两只50％SOC态电池，使用其正极片或负极片制成对称电池，所需成本较高；拆解电池在手套箱做成对称电池时，制备较繁琐且不易操作，所需环境水氧值要求高。
综上所述，需要开发一种对制作环境要求低，有助于电极材料评测、电解液评测的电池测试方法。制备的对箔电池对环境制作要求低，可评价电池析钠后，钠金属在电解液中的稳定性，可用于平行对比不同电解液及正极材料的电化学性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点，提供一种对箔电池极组、对箔电池及其制备方法和应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种对箔电池极组,包括隔膜、分别设置在所述的隔膜两侧的正极片以及负极铜箔；所述的正极片与正极耳连接；所述的负极铜箔与负极耳连接；所述的负极铜箔为铜箔或者涂炭铜箔。
所述的负极铜箔的长度以及宽度均大于正极片；所述的隔膜的长度以及宽度均大于负极铜箔。
所述的负极耳为铜极耳、镍极耳、铜镀镍极耳或铜镍极耳中的一种；优选的，所述的负极耳的宽度为3-20mm，负极耳长度为3-20cm。
所述的正极耳为铝极耳；优选的，所述的正极耳的宽度为3-20mm，正极耳长度为3-20cm。
所述的负极铜箔的厚度为6-12um；所述的涂炭铜箔的炭涂覆量为0.1-3mg/cm2。
所述的正极片包括正极集流体以及设置在所述的正极集流体两侧的正极涂层；所述的正极涂层内含有正极物质；所述的正极物质为层状过渡金属氧化物、聚阴离子型化合物、普鲁士蓝及其类似物、含钠有机化合物中的至少一种。
所述的隔膜为聚烯烃类隔膜、或者涂碳聚烯烃类隔膜。
本发明还包括一种所述的对箔电池，包括所述的对箔电池极组。
本发明还包括一种所述的对箔电池的制备方法，包括下述步骤：S1、裁切正极片、负极铜箔；S2:在正极片一侧焊接正极耳，在负极铜箔一侧焊接负极耳；S3：按照隔膜-负极铜箔-隔膜-正极片-隔膜的顺序叠成极组，将其制成软包电池；S4：将软包电池封装、烘干、注液、负压静置、排气、静置；S5：使用电池测试设备连接软包电池的正极耳、负极耳，对软包电池充电，使钠离子沉积在负极铜箔表面，形成对箔电池。优选的，步骤S2中)负极铜箔一侧焊接负极耳后使用无水乙醇处理负极铜箔表面，去除负极铜箔表面的油污。
本发明还包括一种所述的对箔电池的应用，应用于评测钠金属在电解液中的稳定性，或者平行对比不同电解液、或者平行对比正极材料的电化学性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的对箔电池制作过程简单、对环境要求低、且制作成本低；通过本本发明的对箔电池可以测试正极材料及电解液的性能。该方法使用铜箔或者涂炭铜箔为负极铜箔，对其充电镀钠，形成完整的对箔电池。可使用不同正极材料及电解液，组成不同对箔电池形成对比。该方法镀钠在对箔电池极组内部发生，对环境要求低，安全系数高；该方法制作工艺简单，能准确对比不同正极材料或电解液的电性能。
附图说明
图1为本发明实施例对箔电池极组的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1示出一种对箔电池极组,包括隔膜4、分别设置在所述的隔膜4两侧的正极片5以及负极铜箔2；所述的正极片5与正极耳3连接；所述的负极铜箔2与负极耳1连接；所述的负极铜箔2为铜箔或者涂炭铜箔。所述的负极铜箔2的长度以及宽度均大于正极片2；所述的隔膜4的长度以及宽度均大于负极铜箔从而有效的隔离正极片以及负极铜箔；所述的负极铜箔可以为铜箔或者涂炭铜箔。
对箔电池是一种单片半电池，充电镀钠后的铜箔或涂炭铜箔，与正极片、电解液及
隔膜共同构成对箔电池。
所述的负极耳可以为铜极耳、镍极耳、铜镀镍极耳或铜镍极耳中的一种；所述的负极耳的宽度为3-20mm(具体可以为3mm、5mm、10mm、15mm、20mm)，负极耳长度为3-20cm(具体可以为3cm、10cm、15cm、20cm)。
所述的正极耳为铝极耳；优选的，所述的正极耳的宽度为3-20mm(具体可以为3mm、5mm、10mm、15mm、20mm)，正极耳长度为3-20cm(具体可以为3cm、10cm、15cm、20cm)。
所述的负极铜箔的厚度为6-12um(具体可以为6um、10um、16um)；所述的涂炭铜箔的炭涂覆量为0.1-3mg/cm2(具体可以为0.1mg/cm2、1mg/cm2、3mg/cm2)。
所述的正极片包括正极集流体以及设置在所述的正极集流体两侧的正极涂层；所述的正极涂层内含有正极物质；所述的正极物质为层状过渡金属氧化物、聚阴离子型化合物、普鲁士蓝及其类似物、含钠有机化合物中的至少一种。
所述的隔膜为聚烯烃类隔膜、或者涂碳聚烯烃类隔膜，具体可以为PP(聚丙烯)隔膜或者PE(聚乙烯)隔膜。
实施例1
一种所述的对箔电池的制备方法，包括下述步骤：
S1、裁切正极片、负极铜箔；本实施例中裁剪铜箔(作为负极铜箔)长度为100mm，宽度为56mm；裁剪正极片长度为85mm，宽度为52mm；所述的正极片中的正极材料为层状过渡金属氧化物；
S2:在正极片一侧距离边缘10mm焊接正极耳，在负极铜箔一侧距离边缘10mm焊接负极耳；使用无水乙醇处理负极铜箔表面，去除铜箔表面的油污；
S3：按照隔膜-负极铜箔-隔膜-正极片-隔膜的顺序叠成对箔电池极组，将其制成软包电池；
S4：将软包电池封装、烘干、注液、负压静置、排气、静置；在该步骤中注入不同的电解液，分别记为电解液A(NaFSI/TFP，即钠盐为NaFSI双氟磺酰亚胺钠，电解液溶剂为TFP磷酸酯溶剂-三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯)以及电解液B(NaPF6/EC：EMC，即钠盐为NaPF6六氟磷酸钠，电解液溶剂为碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)的混合液)；
S5：使用电池测试设备连接软包电池的正极耳、负极耳，对软包电池充电，设置充电电流为0.33C，截止电压为4.1V，使钠离子沉积在负极铜箔表面，形成对箔电池，针对S4中不同的电解液得到不同的对箔电池,记为对箔电池A以及对箔电池B。
将对箔电池A以及对箔电池B放电至1.5V，即为一圈完整的充放电测试，测试对箔电池的电化学性能如表1所示。
表1
| 充电容量Ah | 放电容量Ah | 库伦效率 | |
| 对箔电池A | 0.20 | 0.17 | 85％ |
| 对箔电池B | 0.19 | 0.15 | 79％ |
通过本申请的对箔电池，可获得其充放电容量，在其他条件均相同的情况下，相较于加入电解液B，加入电解液A的对箔电池A放电容量更高，库伦效率更高，说明电解液B稳定性更强，更适合该正极材料的电池体系。
同样的，采用该对箔电池可以测试不同正极材料制备的正极片的性能，对应正极材料的对箔电池放电容量更高，库伦效率更高则证明该正极材料电化学性能较优。
综上所述，本发明的对箔电池制作过程简单、对环境要求低、且制作成本低；通过本本发明的对箔电池可以测试正极材料及电解液的性能。该方法使用铜箔或者涂炭铜箔为负极铜箔，对其充电镀钠，形成完整的对箔电池。可使用不同正极材料及电解液，组成不同对箔电池形成对比。该方法镀钠在对箔电池极组内部发生，对环境要求低，安全系数高；该方法制作工艺简单，能准确对比不同正极材料或电解液的电性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种对箔电池极组,其特征在于，包括隔膜、分别设置在所述的隔膜两侧的正极片以及负极铜箔；所述的正极片与正极耳连接；所述的负极铜箔与负极耳连接；所述的负极铜箔为铜箔或者涂炭铜箔。
2.根据权利要求1所述的对箔电池极组,其特征在于，所述的负极铜箔的长度以及宽度均大于正极片；所述的隔膜的长度以及宽度均大于负极铜箔。
3.根据权利要求1所述的对箔电池极组,其特征在于，所述的负极耳为铜极耳、镍极耳、铜镀镍极耳或铜镍极耳中的一种；优选的，所述的负极耳的宽度为3-20mm，负极耳长度为3-20cm。
4.根据权利要求1所述的对箔电池极组,其特征在于，所述的正极耳为铝极耳；优选的，所述的正极耳的宽度为3-20mm，负极耳长度为3-20cm。
5.根据权利要求1所述的对箔电池极组,其特征在于，所述的负极铜箔的厚度为6-12um；所述的涂炭铜箔的炭涂覆量为0.1-3mg/cm2。
6.根据权利要求1所述的对箔电池极组,其特征在于，所述的正极片包括正极集流体以及设置在所述的正极集流体两侧的正极涂层；所述的正极涂层内含有正极物质；所述的正极物质为层状过渡金属氧化物、聚阴离子型化合物、普鲁士蓝及其类似物、含钠有机化合物中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的对箔电池极组,其特征在于，所述的隔膜为聚烯烃类隔膜、或者涂碳聚烯烃类隔膜。
8.一种对箔电池，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的对箔电池极组。
9.一种权利要求8所述的对箔电池的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：S1、裁切正极片、负极铜箔；S2:在正极片一侧焊接正极耳，在负极铜箔一侧焊接负极耳；S3：按照隔膜-负极铜箔-隔膜-正极片-隔膜的顺序叠成对箔电池极组，将其制成软包电池；S4：将软包电池封装、烘干、注液、负压静置、排气、静置；S5：使用电池测试设备连接软包电池的正极耳、负极耳，对软包电池充电，使钠离子沉积在负极铜箔表面，形成对箔电池；
优选的，步骤S2中)负极铜箔一侧焊接负极耳后使用无水乙醇处理负极铜箔表面，去除负极铜箔表面的油污。
10.一种权利要求8所述的对箔电池的应用，其特征在于，应用于评测钠金属在电解液中的稳定性，或者平行对比不同电解液、或者平行对比正极材料的电化学性能。
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| CN (1) | CN117706381A (zh) |
-
2023
- 2023-11-16 CN CN202311532945.3A patent/CN117706381A/zh active Pending
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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