CN108336301A - 一种高性能钠离子电池负极及其制备方法 - Google Patents

一种高性能钠离子电池负极及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108336301A
CN108336301A CN201810118913.1A CN201810118913A CN108336301A CN 108336301 A CN108336301 A CN 108336301A CN 201810118913 A CN201810118913 A CN 201810118913A CN 108336301 A CN108336301 A CN 108336301A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sodium
ion battery
cathode
pole piece
active material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810118913.1A
Other languages
English (en)
Inventor
高云智
田宇
付传凯
曹毅
石坚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN201810118913.1A priority Critical patent/CN108336301A/zh
Publication of CN108336301A publication Critical patent/CN108336301A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/054—Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0421—Methods of deposition of the material involving vapour deposition
    • H01M4/0423—Physical vapour deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

一种高性能钠离子电池负极及其制备方法，属于锂离子电池制备技术领域。所述钠离子电池负极由金属钠、负极极片活性材料、负极集流体和导电剂组成。所述方法如下：将负极极片活性材料置于物理气相沉积的腔体内作为沉积基底；将待沉积金属钠制成靶材置于腔体内进行固定，作为沉积层金属源；设置物理气相沉积参数，真空状态下利用物理气相沉积方法在负极极片活性材料表面沉积一层金属钠。本发明通过在负极极片活性材料表面沉积一层金属钠，减少正极材料中活性钠离子的损失，提高钠离子电池首次库伦效率，本发明提供的钠离子电池负极预钠化的方法，安全、实用，且操作简便。物理气相沉积金属薄层，数控操作，安全高效，适用于大规模生产。

Description

一种高性能钠离子电池负极及其制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池制备技术领域，具体涉及一种高性能钠离子电池负极及其制备方法。
背景技术
随着电动车、智能电网等大型储能***的发展，锂资源储量有限使其成本越来越高。而钠离子电池由于具有成本低、储量丰富、分布广泛的特点，将成为锂离子电池的理想替代者。钠离子电池工作原理与锂离子电池类似，利用钠离子在正负极之间嵌脱过程实现充放电。
钠离子电池与锂离子电池一样面临着电极材料首次库伦效率较低的问题，首次库伦效率较低的原因主要是因为电池首次充电时从正极脱出的钠离子会在负极发生反应，形成SEI膜或发生其他复反应，造成活性钠离子损失。这样在电池放电时就无法有同等的钠离子从负极脱出返回正极，导致电芯容量偏低。
发明内容
本发明的目的是为了解决钠离子电池库伦效率较低的问题，提供一种高性能钠离子电池负极及其制备方法，采用物理气相沉积（PVD）方法在负极极片活性材料表面沉积一层金属钠，进行预钠化，目的是提供首次充电时形成SEI膜的钠源，使得首次充电时正极活性物质的损失降到最低。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种高性能钠离子电池负极，所述的钠离子电池负极由金属钠、负极极片活性材料、负极集流体铝箔和导电剂组成；所述的导电剂质量占负极极片活性材料质量的2%～15%。
一种上述的高性能钠离子电池负极的制备方法，所述方法步骤如下：
步骤一：将负极极片活性材料和导电剂混合之后涂覆到负极集流体铝箔上并在真空镀膜机腔体上部固定，作为沉积基底；
步骤二：将待沉积金属钠制成靶材置于真空镀膜机腔体下部正对负极极片活性材料的位置进行固定，作为沉积层金属源；
步骤三：真空状态下，利用物理气相沉积方法在负极极片活性材料表面沉积一层金属钠。
本发明相对于现有技术的有益效果是：
（1）本发明在电池首次进行充电时，负极极片活性材料与其表面沉积的钠形成微电池生成SEI膜，不消耗由正极脱出的钠离子，首次库伦效率显著提高。
（2）本发明通过在负极极片活性材料表面沉积一层金属钠，用于弥补电池首次充电过程中负极极片活性材料形成SEI膜或发生其他副反应时造成的钠离子损失，以减少正极材料中活性钠离子的损失，提高钠离子电池首次库伦效率，本发明提供的钠离子电池负极预钠化的方法，安全、实用，且操作简便。物理气相沉积（PVD）金属薄层，真空状态下，在基底表面迅速形成致密均匀的沉积层，数控操作，安全高效，适用于大规模生产。
附图说明
图1为钠离子电池负极预钠化示意图；
图2为钠离子电池负极预钠化处理后的首次充放电曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
具体实施方式一：本实施方式记载的是一种高性能钠离子电池负极，所述的钠离子电池负极由金属钠、负极极片活性材料、负极集流体铝箔和导电剂组成；所述的导电剂质量占负极极片活性材料质量的2%～15%。
具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种高性能钠离子电池负极，所述的负极极片活性材料为硬碳、软碳、无定形碳、磷、金属单质、金属合金、金属氧化物或金属硫化物中的一种或多种的混合物。
具体实施方式三：具体实施方式二所述的一种高性能钠离子电池负极，所述的金属单质为Sn、Sb或Ge；所述的金属合金为Sn4P3、SnP3、SnSe、SnSb或Na-Me合金，其中Me=Si、Ge、Sn、Pb、P、As、Sb或Bi。
具体实施方式四：具体实施方式一所述的一种高性能钠离子电池负极，所述的导电剂为炭黑、乙炔黑、Super P、石墨烯、碳纳米管、石墨粉中的一种或几种的混合物。
具体实施方式五：具体实施方式一所述的一种高性能钠离子电池负极，所述的金属钠的沉积量占负极质量的1%~15%，金属钠用于电池首次充放电循环测试前形成SEI膜。
具体实施方式六：一种具体实施方式一至五任一具体实施方式所述的高性能钠离子电池负极的制备方法，所述方法步骤如下：
步骤一：将负极极片活性材料和导电剂混合之后涂覆到负极集流体铝箔上并在真空镀膜机腔体上部固定，作为沉积基底；使用的真空镀膜机为常州鸿明的HM-V160型真空镀膜机；
步骤二：将待沉积金属钠制成靶材置于真空镀膜机腔体下部正对负极极片活性材料的位置进行固定，作为沉积层金属源；
步骤三：真空状态下，利用物理气相沉积方法在负极极片活性材料表面沉积一层金属钠。
步骤四：在使用前，将负极极片在开路状态下静置1~15天，静置时间根据金属钠的沉积量确定，使负极沉积的金属钠活化。
具体实施方式七：具体实施方式六所述的一种高性能钠离子电池负极的制备方法，所述的物理气相沉积方法为真空蒸镀、磁控溅射镀、电弧等离子镀、离子镀以及分子束外延中的至少一种。
本发明中钠离子电池由正极极片、负极极片、电解液以及外壳组成。电池负极表面沉积有一层金属钠用于首次充电形成SEI膜。正负极理论比容量配比为1：1.02~1.2。
实施例1：
参照图1，采用真空蒸镀法，步骤为：
S1：将钠离子电池负极极片置于物理气相沉积的腔体内作为沉积基底；
S2：将待沉积金属钠源制成靶材置于腔体内，作为沉积层金属源；
S3：设置物理气相沉积参数，真空状态下利用PVD方法在负极表面沉积一层金属钠，金属钠的沉积量为负极质量的1%-15%；
S4：在使用前，将负极极片在开路条件下静置3-5天，静置时间根据金属钠的沉积量确定。
以磷酸钒钠为正极，六氟磷酸钠为电解液与预钠化处理后的负极极片组装成全电池，在室温下进行充放电性能测试，测试结果如图2所示，0.2 C倍率下钠离子电池首次库伦效率从68.1%提高到88.5%，显著提高了电芯容量。
实施例2：
采用磁控溅射技术，在钠离子电池负极溅射金属钠，控制金属钠的溅射量为负极质量的2%，5%，8%，10%，15%，25%，并以A1-A6编号；以钴酸钠为正极，高氯酸钠为电解液组装扣式电池，在25℃环境中以0.2C/0.2C的充放电倍率对编号为A1-A6的电池进行充放电测试，首次库伦效率如下表：
实施例3：
用真空蒸镀法，在钠离子电池负极蒸镀金属钠，控制金属钠的蒸镀量为负极质量的10%，以普鲁士蓝钠材料为正极，高氯酸钠为电解液组装扣式电池，在室温下以2C/2C的充放电倍率对电池进充放电测试，测得首次库伦效率为92.6%。

Claims (7)

1.一种高性能钠离子电池负极，其特征在于：所述钠离子电池负极由金属钠、负极极片活性材料、负极集流体铝箔和导电剂组成；所述的导电剂质量占负极极片活性材料质量的2%～15%。
2.根据权利要求1所述的一种高性能钠离子电池负极，其特征在于：所述的负极极片活性材料为硬碳、软碳、无定形碳、磷、金属单质、金属合金、金属氧化物或金属硫化物中的一种或多种的混合物。
3.根据权利要求2所述的一种高性能钠离子电池负极，其特征在于：所述的金属单质为Sn、Sb或Ge；所述的金属合金为Sn4P3、SnP3、SnSe、SnSb或Na-Me合金，其中Me=Si、Ge、Sn、Pb、P、As、Sb或Bi。
4.根据权利要求1所述的一种高性能钠离子电池负极，其特征在于：所述的导电剂为炭黑、乙炔黑、Super P、石墨烯、碳纳米管、石墨粉中的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种高性能钠离子电池负极，其特征在于：所述的金属钠的沉积量占负极质量的1%~15%。
6.一种权利要求1~5任一权利要求所述的高性能钠离子电池负极的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
步骤一：将负极极片活性材料和导电剂混合之后涂覆到负极集流体铝箔上并在真空镀膜机腔体上部固定，作为沉积基底；
步骤二：将待沉积金属钠制成靶材置于真空镀膜机腔体下部正对负极极片活性材料的位置进行固定，作为沉积层金属源；
步骤三：真空状态下，利用物理气相沉积方法在负极极片活性材料表面沉积一层金属钠。
7.根据权利要求6所述的一种高性能钠离子电池负极的制备方法，其特征在于：所述的物理气相沉积方法为真空蒸镀、磁控溅射镀、电弧等离子镀、离子镀以及分子束外延中的至少一种。
CN201810118913.1A 2018-02-06 2018-02-06 一种高性能钠离子电池负极及其制备方法 Pending CN108336301A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810118913.1A CN108336301A (zh) 2018-02-06 2018-02-06 一种高性能钠离子电池负极及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810118913.1A CN108336301A (zh) 2018-02-06 2018-02-06 一种高性能钠离子电池负极及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108336301A true CN108336301A (zh) 2018-07-27

Family

ID=62928189

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810118913.1A Pending CN108336301A (zh) 2018-02-06 2018-02-06 一种高性能钠离子电池负极及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108336301A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110428983A (zh) * 2019-08-22 2019-11-08 杭州求实新材料科技有限公司 一种钠离子电容器MXene电极材料的预钠化方法
CN111933893A (zh) * 2020-07-27 2020-11-13 西北工业大学 一种柔性还原氧化石墨烯包覆磷化锡膜钠金属电池负极及制备方法
CN113437254A (zh) * 2021-06-26 2021-09-24 宁德时代新能源科技股份有限公司 钠离子电池的负极极片、电化学装置及电子设备
CN114639797A (zh) * 2021-06-26 2022-06-17 宁德时代新能源科技股份有限公司 负极极片的处理方法、钠金属负极极片及相关装置
CN113745647B (zh) * 2021-07-30 2023-08-08 东莞力朗电池科技有限公司 一种可充电钠离子二次电池及制作方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105244472A (zh) * 2015-09-11 2016-01-13 上海展枭新能源科技有限公司 一种新型预嵌锂的负极片及其制备方法
CN105609318A (zh) * 2016-01-07 2016-05-25 上海展枭新能源科技有限公司 一种预嵌锂负极片的制备方法及所得预嵌锂负极片
CN106848453A (zh) * 2017-03-10 2017-06-13 欣旺达电子股份有限公司 钠离子电池补钠的方法及钠离子电池
CN106876781A (zh) * 2017-03-10 2017-06-20 欣旺达电子股份有限公司 钠离子电池及其制备方法
CN107316975A (zh) * 2017-07-26 2017-11-03 清华大学深圳研究生院 一种钠离子电池用负极片

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105244472A (zh) * 2015-09-11 2016-01-13 上海展枭新能源科技有限公司 一种新型预嵌锂的负极片及其制备方法
CN105609318A (zh) * 2016-01-07 2016-05-25 上海展枭新能源科技有限公司 一种预嵌锂负极片的制备方法及所得预嵌锂负极片
CN106848453A (zh) * 2017-03-10 2017-06-13 欣旺达电子股份有限公司 钠离子电池补钠的方法及钠离子电池
CN106876781A (zh) * 2017-03-10 2017-06-20 欣旺达电子股份有限公司 钠离子电池及其制备方法
CN107316975A (zh) * 2017-07-26 2017-11-03 清华大学深圳研究生院 一种钠离子电池用负极片

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110428983A (zh) * 2019-08-22 2019-11-08 杭州求实新材料科技有限公司 一种钠离子电容器MXene电极材料的预钠化方法
CN111933893A (zh) * 2020-07-27 2020-11-13 西北工业大学 一种柔性还原氧化石墨烯包覆磷化锡膜钠金属电池负极及制备方法
CN111933893B (zh) * 2020-07-27 2023-04-07 西北工业大学 一种柔性还原氧化石墨烯包覆磷化锡膜钠金属电池负极及制备方法
CN113437254A (zh) * 2021-06-26 2021-09-24 宁德时代新能源科技股份有限公司 钠离子电池的负极极片、电化学装置及电子设备
CN114639797A (zh) * 2021-06-26 2022-06-17 宁德时代新能源科技股份有限公司 负极极片的处理方法、钠金属负极极片及相关装置
CN114709368A (zh) * 2021-06-26 2022-07-05 宁德时代新能源科技股份有限公司 钠离子电池的负极极片、电化学装置及电子设备
WO2022267538A1 (zh) * 2021-06-26 2022-12-29 宁德时代新能源科技股份有限公司 钠离子电池的负极极片、电化学装置及电子设备
CN114639797B (zh) * 2021-06-26 2023-12-29 宁德时代新能源科技股份有限公司 负极极片的处理方法、钠金属负极极片及制备装置
CN113745647B (zh) * 2021-07-30 2023-08-08 东莞力朗电池科技有限公司 一种可充电钠离子二次电池及制作方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Shen et al. Magnetic field–suppressed lithium dendrite growth for stable lithium‐metal batteries
CN108336301A (zh) 一种高性能钠离子电池负极及其制备方法
Bazin et al. High rate capability pure Sn-based nano-architectured electrode assembly for rechargeable lithium batteries
CN110224182B (zh) 一种锂离子电池预锂化的方法
CN105489845A (zh) 一种基于pvd制备全固态锂离子电池用薄层金属锂基负极的方法
CN107910496A (zh) 一种二次电池用金属锂负极、制备方法及其应用
KR20180091678A (ko) 전 고체형 2차 전지용 음극, 전 고체형 2차 전지 및 그 제조방법
CN108550858A (zh) 一种抑制锂枝晶的铜锌合金集流体
CN101692504A (zh) 锂离子二次电池
CN107768720A (zh) 基于液态电解液的无负极二次锂电池
KR101488296B1 (ko) 리튬 이차전지 셀 구조
CN111613773B (zh) 一种分级结构玻璃纤维与金属锂的复合物及其制备方法
CN109935825A (zh) 一种锂电池结构及其制备方法
CN112736277A (zh) 固态电解质-锂负极复合体及其制备方法和全固态锂二次电池
CN112928277A (zh) 无阳极全固态电池
CN110783529A (zh) 一种二次电池用金属锂负极及其制备和应用
Plichta et al. The Rechargeable Li x TiS2/LiAlCl4/Li1− x CoO2 Solid‐State Cell
CN113346192B (zh) 一种锂离子电池复合隔膜及其制备方法和应用
CN1870325A (zh) 具有三层单元结构的锂离子二次电池负极材料及制备方法
CN207909976U (zh) 一种锂电池结构
KR20130140551A (ko) 3차원 구조의 다중 활물질을 갖는 플렉서블 전극 및 이를 포함하는 플렉서블 리튬 이차 전지
CN117525279A (zh) 一种复合极片及其制备方法和锂离子电池
WO2018209762A1 (zh) 锂电池负极及其制备方法和应用
Li et al. Chemical presodiation of alloy anodes with improved initial coulombic efficiencies for the advanced sodium-ion batteries
CN112310468A (zh) 光辅助增强型二次电池及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180727

RJ01 Rejection of invention patent application after publication