本发明涉及电池,尤其是涉及一种无负极钠离子电池及其制备方法。
背景技术:
1、钠离子电池是以层状氧化物(如镍铁锰氧化物和铜铁锰氧化物为主)材料、普鲁士蓝类似物(如铁基普鲁士白等)材料、聚阴离子(如硫酸亚铁钠、磷酸铁钠等)作为正极,碳材料(如硬碳、软碳)作为负极的电池,主要以酯类和醚类作为溶剂,加入na+金属盐(如氟钠盐、硼钠盐和高氯酸盐等)电解质以及多种添加剂(如成膜类、阻燃类和过充保护类等),形成电解液。虽然钠离子电池具有低温性能好、成本低廉、安全性高和循环寿命较长等优点。但是常用聚阴离子材料(nfs等)的导电性较差,常需要配合cnt(碳纳米管)联用,导致成本激增。导电聚合物在正极表面的电镀,虽然增强了正极的导电且均匀了正极界面电场,但还存在严重的低电压析气问题,其中高温低电压析气更加明显。甚者,聚阴离子(如硫酸亚铁钠)和层状氧化物(如镍铁锰氧化物)等材料的高电压过渡金属离子溶出现象严重,这将导致正极材料容量的衰减和负极表面过渡金属离子的沉积,结果会导致容量出现不可逆的衰减。
2、有鉴于此,特提出本发明。
技术实现思路
1、本发明的第一目的在于提供一种无负极钠离子电池的制备方法,以解决上述技术问题。
2、本发明的第二目的在于提供一种无负极钠离子电池。
3、为了实现以上目的,特采用以下技术方案:
4、第一方面,本发明提供了一种无负极钠离子电池的制备方法,包括以下步骤:
5、a. 将钠离子电池正极片、负集流体、隔膜和钠离子电池电解液组装得到电池;所述钠离子电池电解液中包括导电聚合物单体;
6、b. 对a步骤组装得到的电池进行首次充电,将钠电沉积在负集流体上,形成钠金属负极;然后对电池进行循环伏安测试,获得氧化峰处的电压;之后以所述氧化峰处的电压对导电聚合物单体进行电沉积,在钠离子电池正极片表面形成一层导电聚合物膜。
7、作为进一步技术方案,所述钠离子电池正极片的正极材料包括层状氧化物、硫酸亚铁钠、磷酸焦磷酸铁钠或焦磷酸铁纳。
8、作为进一步技术方案,所述导电聚合物单体包括吡咯、苯胺或噻吩;
9、所述钠离子电池电解液中导电聚合物单体的浓度为0.8-1.2 mol/l。
10、作为进一步技术方案,所述钠离子电池电解液还包括溶剂和钠盐。
11、作为进一步技术方案,所述溶剂包括二乙二醇二甲醚;
12、所述钠盐包括napf6、natfsi或naclo4;
13、所述钠离子电池电解液中钠盐的浓度为0.8-1.2m。
14、作为进一步技术方案,b步骤中,对a步骤组装得到的电池进行首次充电至满电状态,然后搁置5h以上,完成钠金属在负集流体上的电沉积。
15、作为进一步技术方案,b步骤中,采用电化学工作站对导电聚合物单体进行电沉积;
16、若所述组装得到的电池为5ah软包电池,则对导电聚合物单体进行电沉积的电流密度为0.05-0.25a,温度为25~60℃,时间为5h以上。
17、作为进一步技术方案,所述负集流体包括铝箔;
18、所述隔膜包括聚丙烯隔膜。
19、第二方面,本发明提供了一种无负极钠离子电池,采用上述制备方法制备得到。
20、与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
21、①利用导电聚合物单体为正极表面电镀薄膜,具有超高导电性,价格便宜,耐酸碱性,耐高低温,不溶于水和有机溶剂,理化性质稳定。
22、②导电聚合物,例如聚吡咯、聚苯胺,还具有离子交换能力,在电池放电时(特别是高电压),可脱附na+,mn2+(mn2+可以平衡三元材料的歧化),吸附电解液中多余h+从而降低低电压析气(由于串扰效应,放电有h+的积聚,低电压析气的原因);在电池充电时(特别是高电压),可吸附正极材料溶出的过渡金属离子,如fe3+,mn2+,ni+等(fe3+,ni+,mn2+的吸收减少了在负极的沉积),脱附na+和h+(高电位h+浓度低且有稳定sei膜,不会造成析气)。
23、③该制备方法运用在无负极钠离子电池中是极其巧妙的,无负极钠离子电池在充电后,会形成天然且均匀的金属钠负极,负极电位为金属钠的电位(-2.71v)且非常稳定。因此,以金属负极为对电极和参比电极,利用恒电压沉积在正极表面电镀聚合物则是非常巧妙且稳定的方法。
24、④无负极钠离子电池相较于金属钠离子电池,成本更低,工艺更简单,更安全;在正极容量受限时,能量密度更高。
1.一种无负极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,所述钠离子电池正极片的正极材料包括层状氧化物、硫酸亚铁钠、磷酸焦磷酸铁钠或焦磷酸铁纳。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述导电聚合物单体包括吡咯、苯胺或噻吩;
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述钠离子电池电解液还包括溶剂和钠盐。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述溶剂包括二乙二醇二甲醚;
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,b步骤中,对a步骤组装得到的电池进行首次充电至满电状态,然后搁置5h以上,完成钠金属在负集流体上的电沉积。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,b步骤中,采用电化学工作站对导电聚合物单体进行电沉积;
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述负集流体包括铝箔;
9.一种无负极钠离子电池,其特征在于,采用权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到。