一种钠离子电池的制备方法与流程

本发明涉及钠离子电池，具体是一种钠离子电池的制备方法。

背景技术：

1、近年来，随着社会发展和进步，电池储能在社会生活中逐渐占据重要地位。传统的铅酸电池和镍系电池能效低且污染严重，锂离子电池成本高且安全性有待提升，难以满足市场需求，由于钠离子电池具有高安全，低成本，低温性能好，环境友好等优点，促进了其在低速车和储能方面的应用。

2、钠离子电池的工作原理与锂离子电池相似，利用钠离子在正负极之间可逆的脱嵌实现化学能和电能的转换。在首次充电过程中，由于在负极表面处会形成固态电解质膜（sei膜），会消耗一部分钠离子，从而造成正极材料钠的损失，引起首次充放电效率偏低。与锂离子电池相比，钠离子电池还有能量密度偏低和循环寿命较短的缺点，使其在大规模商业化应用的速度缓慢。

3、针对上述问题，为了提高钠离子电池的首效和循环寿命，目前现有解决的的方法有：（1）通过在化成时提高充电电压来提高首效，但这种方法往往循环寿命较差；（2）通过补钠提高循环寿命，但这种方法需要在钠离子电池体系中引入外部钠源，工艺繁琐同时外部钠源如金属钠存在安全风险。

4、鉴于此，有必要提供一种解决钠离子电池首效低和循环寿命差的技术方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供钠离子电池的制备方法，该制备方法步骤简单，能有效提高钠离子电池的首次充放电效率和循环寿命，且不会引入外部钠源，安全性高。

2、本发明的目的主要通过以下技术方案实现：钠离子电池的制备方法，包括以下步骤：

3、s1 向匀浆罐内依次加入钠离子电池正极材料、导电剂及粘接剂，进行混浆工序制备正极混合浆料；其中，在混浆工序中，向匀浆罐内通入设计体积的二氧化碳气体；

4、s2 将制备的正极混合浆料进行涂布、辊压、分切、裁切、叠片、封装、烘烤、注液，得到待化成的设计容量为10ah的电芯；

5、s3 将电芯在45℃下负压化成制备电池；其中，化成工序中，至少最后一次恒流充电时，保持截止电压至3.9~4.1v；

6、s4 将化成后的电池进行负压定容，完成制备；其中，负压定容工序中，恒流充电时均保持电压为3.9~4.1v。

7、基于以上制备方法，混浆工序具体为：

8、s11 向匀浆罐内依次加入钠离子电池正极材料、导电剂及粘接剂，加料过程中匀浆罐保持公转转速(5±1)r/min运行，加料完成后，开始干混预搅拌，公转设定反转转速(7±1)r/min运行，自转分散暂不启动；3~8min后开启干混搅拌并向匀浆罐中通入设计体积的二氧化碳气体，公转转速设定为15r/min，自转转速设定为400 r/min，搅拌1~2h；

9、s12 向匀浆罐内加入nmp溶剂进行溶剂混合，控制混合后浆料的固含量在65%~75%；溶剂混合时设定公转转速为(15±5)r/min，辅以(150±2)r/min的自转，搅拌1~2h，完成后再次加入nmp溶剂，公转速度不变，自转转速提高到(500±5) r/min，稀释并搅拌10-15min；

10、s13 保持公转转速(15±5)r/min不变，提高自转分散转速至(1200±50)r/min，搅拌1~3h后，降速慢搅进行降温，完成正极混合浆料制备。

11、基于以上制备方法，所述降速慢搅时，匀浆罐公转转速为(10±1)r/min，自转转速为(200±5) r/min。

12、基于以上制备方法，所述二氧化碳气体的设计体积为匀浆罐容积的0.5%~1.5%。

13、基于以上制备方法，所述钠离子电池正极材料为聚阴离子正极材料、普鲁士蓝类正极材料、氧化物正极材料中的一种或任意两种以上物质的组合。

14、基于以上制备方法，所述钠离子电池正极材料表面氢氧化钠含量大于1500ppm，ph值大于11。

15、基于以上制备方法，所述粘接剂为聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酸锂、丁苯橡胶、丁腈橡胶、丁烯橡胶、苯乙烯橡胶、聚氨酯中的一种或任意两种以上物质的组合。

16、基于以上制备方法，所述导电剂为导电炭黑、乙炔黑、气相生长炭纤维、碳纳米管、石墨烯中的一种或任意两种以上物质的组合。

17、基于以上制备方法，所述化成工序中，最后两次恒流充电时，均保持截止电压至3.9~4.1v。

18、基于以上制备方法，所述负压定容工序具体为：包括两次恒流充电步骤和一次恒流放电步骤，每次充电和放电步骤前后电池均进行静置；

19、其中，两次恒流充电步骤中，均保持电压为3.9~4.1v，真空度为-0~-20kpa。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明采用干法工艺混合钠离子电池正极材料、导电剂和粘结剂粉体，在混合过程中不停地通入二氧化碳气体，将钠离子电池正极材料表面的氢氧化钠转化为碳酸钠，作为预钠化的钠源，通过负压化成和负压定容工序，将碳酸钠分解成二氧化碳和钠离子，其中二氧化碳气体在负压化成和定容过程中被抽出电芯内部，钠离子嵌入至负极表面形成sei膜，有效地提高了钠离子电池首次充放电效率和循环寿命。

技术特征：

1.一种钠离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，混浆工序具体为：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述降速慢搅时，匀浆罐公转转速为(10±1)r/min，自转转速为(200±5) r/min。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述二氧化碳气体的设计体积为匀浆罐容积的0.5%~1.5%。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钠离子电池正极材料为聚阴离子正极材料、普鲁士蓝类正极材料、氧化物正极材料中的一种或任意两种以上物质的组合。

6.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，所述钠离子电池正极材料表面氢氧化钠含量大于1500ppm，ph值大于11。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述粘接剂为聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯酸锂、丁苯橡胶、丁腈橡胶、丁烯橡胶、苯乙烯橡胶、聚氨酯中的一种或任意两种以上物质的组合。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述导电剂为导电炭黑、乙炔黑、气相生长炭纤维、碳纳米管、石墨烯中的一种或任意两种以上物质的组合。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述化成工序中，最后两次恒流充电时，均保持截止电压至3.9~4.1v。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述负压定容工序具体为：包括两次恒流充电步骤和一次恒流放电步骤，每次充电和放电步骤前后电池均进行静置；

技术总结
本发明涉及钠离子电池技术领域，具体公开了一种钠离子电池的制备方法，包括以下步骤：S1向匀浆罐内依次加入钠离子电池正极材料、导电剂及粘接剂，进行混浆工序制备正极混合浆料；向匀浆罐内通入设计体积的二氧化碳气体；S2将制备的正极混合浆料进行涂布、辊压、分切、裁切、叠片、封装、烘烤、注液，得到待化成的电芯；S3将电芯在45℃下负压化成制备电池；化成工序中，至少最后一次恒流充电时，保持截止电压至3.9~4.1V；S4将化成后的电池进行负压定容，完成制备；负压定容工序中，恒流充电时均保持电压为3.9~4.1V。本发明步骤简单，能有效提高钠离子电池的首次充放电效率和循环寿命，且不会引入外部钠源，安全性高。

技术研发人员：汤争耀,王金凤,张雅荣,龚文旭,李云,陈启章
受保护的技术使用者：中自环保科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15