本發(fā)明屬于電池制備，尤其涉及一種低溫鈉離子電池極片、電芯及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著新能源經(jīng)濟(jì)發(fā)展，尤其以動力電池與3c消費(fèi)類電池發(fā)展最為迅猛，產(chǎn)品更新迭代迅速。同時對動力電池與3c消費(fèi)類電池對低溫性能提出了更高的要求。通常，二次電池主要設(shè)計(jì)環(huán)境為0~45℃，以滿足典型環(huán)境下的需求。然而隨著應(yīng)用市場的轉(zhuǎn)變，對電池的低溫性能提出了更高的要求。例如，交通運(yùn)輸領(lǐng)域，需要電池在-40℃下提供穩(wěn)定的能量輸出，軍事防衛(wèi)領(lǐng)域需要為通訊設(shè)備提供-40℃條件下工作的電池，極地科考領(lǐng)域需要能在-80℃條件下工作的電池，外星探索領(lǐng)域需要-100℃甚至更低的耐極寒條件的電池。傳統(tǒng)的二次電池在低溫環(huán)境下離子、電子電導(dǎo)率低，體系動力學(xué)性能差，使得電池表現(xiàn)出明顯的性能下降。

2、因此，亟需提供一種在低溫條件下性能穩(wěn)定，循環(huán)壽命長，安全性好，工藝簡單，成本低，適宜于工業(yè)化生產(chǎn)的鈉離子電芯。

3、cn?111525099?b公布的鈉離子電池，通過采用控制正負(fù)極材料粒徑構(gòu)建的正極材料-硬碳體系提供了較高的首次庫倫效率及倍率性能。但是其未搭配低溫電解液，因此該體系低溫性能有待驗(yàn)證。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服二次電池在低溫條件下動力學(xué)性能差的問題，提供的一種低溫條件下高電導(dǎo)率，傳質(zhì)迅速，且成本低的由多孔集流體-階梯涂布-超流電解液構(gòu)建的鈉離子電池體系。

2、本發(fā)明進(jìn)一步要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種工藝簡單，成本低，適宜于工業(yè)化生產(chǎn)的低溫鈉離子電芯制備方法。

3、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種低溫鈉離子電池極片，其采用多孔集流體；所述集流體兩側(cè)由內(nèi)往外依次設(shè)置第一活性物質(zhì)漿料涂層與第二活性物質(zhì)漿料涂層，以及在其反面的第一活性物質(zhì)漿料涂層與第二活性物質(zhì)漿料涂層；其中，第一活性物質(zhì)漿料涂層中導(dǎo)電劑種類和\或含量不同于第二活性物質(zhì)漿料涂層，且靠近集流體的第一活性物質(zhì)漿料涂層的離子電導(dǎo)率與電子電導(dǎo)率高于第二活性物質(zhì)漿料涂層，所述電池極片包括正極極片和負(fù)極極片，低溫為零度以下溫度。

4、本發(fā)明還提供了一種低溫鈉離子電池電芯，其包括上述所述的電池極片和超流電解液。

5、本發(fā)明還提供了一種如上述所述的一種低溫鈉離子電池電芯的制備方法，其包括以下步驟：

6、（1）電池漿料的制備：分別將正極材料、負(fù)極材料與導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑溶于溶劑中，分散成均勻漿料，分別得正極活性物質(zhì)漿料和負(fù)極活性物質(zhì)漿料；

7、（2）電池漿料的涂布：通過涂布機(jī)分別將步驟（1）所得正極活性物質(zhì)漿料和負(fù)極活性物質(zhì)漿料涂敷到對應(yīng)的多孔集流體兩側(cè)面；且集流體兩側(cè)由內(nèi)往外依次設(shè)置第一活性物質(zhì)漿料涂層與第二活性物質(zhì)漿料涂層，以及在其反面的第一活性物質(zhì)漿料涂層與第二活性物質(zhì)漿料涂層，分別得正極涂片和負(fù)極涂片；其中，第一活性物質(zhì)漿料涂層中導(dǎo)電劑種類與含量不同于第二活性物質(zhì)漿料涂層，且靠近集流體的第一活性物質(zhì)漿料涂層的離子電導(dǎo)率與電子電導(dǎo)率高于第二活性物質(zhì)漿料涂層；

8、（3）極片輥壓：通過輥壓機(jī)分別將步驟（2）所得正極涂片和負(fù)極涂片壓制成厚度均勻的致密極片，分切后，分別得正極極片和負(fù)極極片；

9、（4）卷繞成型、極耳焊接、烘烤：將步驟（3）所得正極極片和負(fù)極極片極耳焊接，然后按正極極片、隔膜和負(fù)極極片的順序卷繞成裸電芯，之后將其入殼，并進(jìn)烘箱烘烤；

10、（5）注液：將步驟（4）電芯進(jìn)行水含量測試，測試合格后注入超流電解液，封口；

11、（6）化成分容：將步驟（5）所得電池在常溫下小電流化成，高溫下老化，分容得到鈉離子電芯。

12、優(yōu)選地，所述正極活性物質(zhì)漿料中正極材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的質(zhì)量百分比為90%~97%：1%~4%：2%~4%；所述負(fù)極活性物質(zhì)漿料中負(fù)極材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的質(zhì)量百分比90%~98%：2%~4%：1%~4%。

13、優(yōu)選地，所述正極材料包括銅錳酸鈉、鎳鐵錳酸鈉、磷酸釩鈉、焦磷酸磷酸鐵鈉、硫酸鐵鈉正極材料及其改性正極材料中的至少一種。

14、優(yōu)選地，所述負(fù)極材料為生物質(zhì)硬碳、煤基硬碳、樹脂基硬碳負(fù)極材料中的至少一種。

15、優(yōu)選地，所述步驟（1）中溶劑為水、丙酮、n-甲基吡咯烷酮、n，n-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二氟甲烷中的至少一種。

16、優(yōu)選地，所述導(dǎo)電劑為炭黑類導(dǎo)電劑、石墨類導(dǎo)電劑、纖維類導(dǎo)電劑、納米管類導(dǎo)電劑、石墨烯類導(dǎo)電劑中的至少一種。

17、優(yōu)選地，所述超流電解液中鈉鹽為六氟磷酸鈉、高氯酸鈉、四氟硼酸鈉、三氟甲基磺酸鈉、雙（氟磺酰）亞胺鈉、雙（三氟甲基磺酰）亞胺鈉中的至少一種，添加劑為碳酸亞乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、1,3丙烷磺酸內(nèi)酯、二氟草酸硼酸鈉、雙草酸硼酸鈉中的至少一種，溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、四氫呋喃、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、丙酸乙酯、乙酸乙酯中的至少一種。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

19、（1）本發(fā)明采用多孔集流體，多孔結(jié)構(gòu)增加了電極材料與電解質(zhì)之間的接觸面積，使得電化學(xué)反應(yīng)能夠更迅速、更充分地進(jìn)行；同時孔隙為電解質(zhì)和反應(yīng)物提供了快速傳輸?shù)耐ǖ?，有助于降低濃差極化，提高電池或電化學(xué)設(shè)備的性能，在某些情況下，多孔集流體還能通過提供額外的機(jī)械支撐來增強(qiáng)電極的穩(wěn)定性，延長設(shè)備的使用壽命。最后，在某些情況下，多孔集流體可以替代傳統(tǒng)的實(shí)心集流體，從而節(jié)省材料成本同時提高電池的能量密度。

20、（2）本發(fā)明采用梯度涂布，集流體涂敷的第一層的活性物質(zhì)漿料漿料中的導(dǎo)電劑含量和\或種類不同與第二層活性物質(zhì)漿料，近集流體側(cè)的活性物質(zhì)漿料漿料中的導(dǎo)電劑性能優(yōu)于遠(yuǎn)集流體側(cè)物質(zhì)漿料，近集流體側(cè)的活性物質(zhì)漿料漿料中的導(dǎo)電劑含量高于遠(yuǎn)集流體側(cè)。近集流體側(cè)的導(dǎo)電劑含量高能創(chuàng)造更多電導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，極片電子傳輸電阻低，低溫下電池動力學(xué)和循環(huán)穩(wěn)定性提升。

21、（3）在導(dǎo)電劑含量不變的情況下，與梯度分層極片中上層導(dǎo)電劑含量多相比，或者與僅設(shè)置單層導(dǎo)電劑相比，梯度分層極片中靠近集流體的下層導(dǎo)電劑含量高的極片性能更好。這使得通過設(shè)置梯度分層極片且靠近集流體的下層導(dǎo)電劑含量高這一方式，可以用較少的導(dǎo)電劑達(dá)到降低成本的作用。

技術(shù)特征：

1.一種低溫鈉離子電池極片，其特征在于，采用多孔集流體；所述集流體兩側(cè)由內(nèi)往外依次設(shè)置第一活性物質(zhì)漿料涂層與第二活性物質(zhì)漿料涂層，以及在其反面的第一活性物質(zhì)漿料涂層與第二活性物質(zhì)漿料涂層；其中，第一活性物質(zhì)漿料涂層中導(dǎo)電劑種類和\或含量不同于第二活性物質(zhì)漿料涂層，且靠近集流體的第一活性物質(zhì)漿料涂層的離子電導(dǎo)率與電子電導(dǎo)率高于第二活性物質(zhì)漿料涂層，所述電池極片包括正極極片和負(fù)極極片，低溫為零度以下溫度。

2.一種低溫鈉離子電池電芯，其特征在于，包括權(quán)利要求1所述的電池極片和超流電解液。

3.一種如權(quán)利要求2所述的一種低溫鈉離子電池電芯的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述正極活性物質(zhì)漿料中正極材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的質(zhì)量百分比為90%~97%：1%~4%：2%~4%；所述負(fù)極活性物質(zhì)漿料中負(fù)極材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑的質(zhì)量百分比90%~98%：2%~4%：1%~4%。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述正極材料包括銅錳酸鈉、鎳鐵錳酸鈉、磷酸釩鈉、焦磷酸磷酸鐵鈉、硫酸鐵鈉正極材料及其改性正極材料中的至少一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述負(fù)極材料為生物質(zhì)硬碳、煤基硬碳、樹脂基硬碳負(fù)極材料中的至少一種。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟（1）中溶劑為水、丙酮、n-甲基吡咯烷酮、n，n-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二氟甲烷中的至少一種。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)電劑為炭黑類導(dǎo)電劑、石墨類導(dǎo)電劑、纖維類導(dǎo)電劑、納米管類導(dǎo)電劑、石墨烯類導(dǎo)電劑中的至少一種。

9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述超流電解液中鈉鹽為六氟磷酸鈉、高氯酸鈉、四氟硼酸鈉、三氟甲基磺酸鈉、雙（氟磺酰）亞胺鈉、雙（三氟甲基磺酰）亞胺鈉中的至少一種，添加劑為碳酸亞乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、1,3丙烷磺酸內(nèi)酯、二氟草酸硼酸鈉、雙草酸硼酸鈉中的至少一種，溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、四氫呋喃、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、丙酸乙酯、乙酸乙酯中的至少一種。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于電池制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低溫鈉離子電池極片、電芯及其制備方法。電池極片由多孔集流體與活性物質(zhì)漿料組成，其中活性物質(zhì)漿料采用梯度涂布模式，從集流體由內(nèi)往外依次設(shè)置第一活性物質(zhì)漿料涂層與第二活性物質(zhì)漿料涂層；以及在其反面的第一活性物質(zhì)漿料涂層與第二活性物質(zhì)漿料涂層。由于近集流體側(cè)的導(dǎo)電劑含量高能創(chuàng)造更多電導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，極片電子傳輸電阻低，電池動力學(xué)和循環(huán)穩(wěn)定性提升。通過梯度分層極片搭配多孔集流體與超流電解液構(gòu)建的低溫鈉離子電池體系，可以有效的提高電池內(nèi)部的動力學(xué)，該低溫鈉離子電池具有優(yōu)秀的低溫倍率性能和循環(huán)性能，制法簡單，且成本低。

技術(shù)研發(fā)人員：范鑫銘,唐超凡,周國平,鐘菊芽,石靖,張磊,郭玉剛,李國欽
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖南鈉能時代科技發(fā)展有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19