一种纯干法钠离子电池负极、制备方法及其电池技术

本发明专利技术公开了一种纯干法钠离子电池负极、制备方法及其电池，包括集流体层、导电涂胶层和纤丝化弹性层，所述集流体层的两侧面上分别包含导电涂胶层，两个所述导电涂胶层的外侧均设置有纤丝化弹性层，所述集流体层、导电涂胶层和纤丝化弹性层热复合成片体状的负极片，所述纤丝化弹性层内包含若干弹性网状结构，所述纤丝化弹性层包括由活性物质颗粒、导电颗粒和可纤维化树脂组成的混合物，可纤维化树脂呈交织的纤丝状并构成弹性网状结构，若干所述弹性网状结构抑制负极片的膨胀，使电池保持较高的一致性和稳定性。一致性和稳定性。一致性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种纯干法钠离子电池负极、制备方法及其电池


[0001]本专利技术属于钠电池领域，特别涉及一种纯干法钠离子电池负极、制备方法及其电池。

技术介绍

[0002]相对于锂离子电池，钠离子电池能量密度更低，安全性能与磷酸铁锂持平，优于三元电池；其主要优势在于低成本。近年来，随着锂资源供不应求，价格快速上涨，成本更低、资源分布广的钠离子电池逐渐受到关注。同时，对能量密度要求较低的储能市场的开拓更为钠离子电池的产业化找到了新的应用场景，关于钠离子电池的研究迎来井喷式增长，标志着钠离子电池产业化时代的到来。
[0003]钠离子电池正极材料有层状金属氧化物、聚阴离子化合物、普鲁士蓝类似物路线；负极材料主要包括软碳、硬碳以及软硬复合无定形碳；电解液为钠盐，溶剂可以是EC、EMC、DMC、PC等常规溶剂；隔膜PP或PE。除此以外，由于钠与铝不会发生合金化反应，钠离子电池负极集流体可用廉价的铝箔。但相比于锂离子钠离子的半径更大，扩散动力学更迟缓。
[0004]负极储钠原理主要是通过钠离子与负极材料的合金反应，或是负极颗粒之间的孔隙吸附式储钠，来可逆地存储和释放钠离子。合金反应会导致钠离子电池充电后，负极体积膨胀偏大；而吸附式储钠是通过负极颗粒间的孔隙，来存储活性钠，硬碳根据孔隙结构和微孔分布情况，储钠能力在280
‑
500mAh/g，更优的负极孔隙结构，可以极大提高硬碳吸附式储钠的能力。因此该方式对负极微观孔隙结构要求很高，初始的孔隙率，规则程度，以及负极循环后的孔隙率和规则程度，也就是一致性，会极大影响负极储钠能力和循环稳定性。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种纯干法钠离子电池负极、制备方法及其电池，能够抑制电池负极片的膨胀，使电池保持较高的一致性和稳定性。
[0006]技术方案：为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种纯干法钠离子电池负极，包括集流体层、导电涂胶层和纤丝化弹性层，所述集流体层的两侧面上分别包含导电涂胶层，两个所述导电涂胶层的外侧均设置有纤丝化弹性层，所述集流体层、导电涂胶层和纤丝化弹性层热复合成片体状的负极片，所述纤丝化弹性层内包含若干弹性网状结构，且若干所述弹性网状结构抑制负极片的膨胀。
[0008]进一步的，所述纤丝化弹性层包括由活性物质颗粒、导电颗粒和可纤维化树脂组成的混合物，可纤维化树脂呈交织的纤丝状并构成弹性网状结构。
[0009]一种纯干法钠离子电池负极的制备方法，将活性物质颗粒、导电颗粒和可纤维化树脂按质量份配比干混后，再进行纤丝化，然后挤压制出具有自支撑的基础电极；将基础电极通过多级压延和辊压，再与涂胶的集流体层热复合，即制得成品负极片；
[0010]其中，可纤维化树脂的质量百分含量为1
‑
5％；导电材料的质量百分含量为1
‑
5％；所述活性物质颗粒的质量百分含量为90
‑
98％。
[0011]进一步的，所述活性物质颗粒包括硬碳粉末、软碳、硫、LTO、金属或合金中的任一种或多种。
[0012]进一步的，所述导电颗粒为碳黑super
‑
p、KS
‑
6、导电石墨、碳纳米管、石墨烯、碳纤维VGCF中的任一种或多种。
[0013]进一步的，所述可纤维化树脂为PTFE或改性后的PTFE。
[0014]进一步的，所述活性物质颗粒为硬碳粉末，所述导电颗粒为碳黑super
‑
p，所述可纤维化树脂为改性PTFE；且硬碳粉末：碳黑super
‑
p：PTFE的质量份混合比例为94：3：3或93：3：4。
[0015]进一步的，硬碳粉末：碳黑super
‑
p：PTFE的质量份混合比例为94：3：3的制备步骤包括：
[0016]S1：称取质量份为94份的硬碳粉末，D50为4um，加入到行星式搅拌机中；
[0017]S2：称取质量份为3份的碳黑super
‑
p加入到硬碳粉末中，转动搅拌30min得到粉末A；
[0018]S3：称取质量份为3份的改性PTFE粉末，D50为0.5
‑
2um，加入到粉末A中，转动搅拌30min得到粉末B；
[0019]S4：将粉末B进行纤丝化：使用喷射磨用超音速的气体喷射，将PTFE纤丝化，纤丝化的过程是将D50在0.5
‑
2um的PTFE拉伸成直径在10
‑
100nm、单根长度在5
‑
100um的细丝，数量众多的细丝交织成弹性网络，将硬碳和碳黑super
‑
p导电剂均匀地嵌在网状结构中；
[0020]将纤丝化后的混合粉末B，投入开炼机，从双辊挤压出连续的基础负极片，厚度为100
‑
110um，面密度为7.1mg/cm2；
[0021]S5：将步骤S4中开炼出的基础负极片通过多级压延机，极片延展后面密度控制在面密度为7.0mg/cm2，厚度70
±
2um；
[0022]S6：将两卷基础负极片，分别置于集流体层的涂胶铝箔上下两面，进行热复合；
[0023]S7：热复合后的极片，通过分切和模切，制得预定宽度和长度的负极片。
[0024]进一步的，硬碳粉末：碳黑super
‑
p：PTFE的质量份混合比例为93：3：4的制备步骤包括：
[0025]S1：称取质量份为93份的硬碳粉末，D50为4um，加入到行星式搅拌机中；
[0026]S2：称取质量份为3份的碳黑super
‑
p加入到人造石墨粉末中，转动搅拌30min得到粉末A；
[0027]S3：称取质量份为4份的改性PTFE粉末，D50为0.5
‑
2um，加入到粉末A中，转动搅拌30min得到粉末B；
[0028]S4：将粉末B进行纤丝化：使用喷射磨用超音速的气体喷射，将PTFE纤丝化，纤丝化的过程是将D50在0.5
‑
2um的PTFE拉伸成直径在10
‑
100nm、单根长度在5
‑
100um的细丝，数量众多的细丝交织成弹性网络，将硬碳和碳黑super
‑
p导电剂均匀地嵌在网状结构中；
[0029]将纤丝化后的混合粉末B，投入开炼机，从双辊挤压出连续的基础负极片，厚度为100
‑
110um，面密度为7.1mg/cm2；
[0030]S5：将步骤S4中开炼出的基础负极片通过多级压延机，极片延展后面密度控制在
面密度为7.0mg/cm2，厚度70
±
2um；
[0031]S6：将2卷基础负极片，分别置于集流体层的涂胶铝箔上下两面，进行热复合；
[0032]S7：热复合后的极片，通过分切和模切，制得预定宽度和长度的负极片。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纯干法钠离子电池负极，其特征在于：包括集流体层(1)、导电涂胶层(2)和纤丝化弹性层(3)，所述集流体层(1)的两侧面上分别包含导电涂胶层(2)，两个所述导电涂胶层(2)的外侧均设置有纤丝化弹性层(3)，所述集流体层(1)、导电涂胶层(2)和纤丝化弹性层(3)热复合成片体状的负极片，所述纤丝化弹性层(3)内包含若干弹性网状结构，且若干所述弹性网状结构抑制负极片的膨胀。2.根据权利要求1所述的一种纯干法钠离子电池负极，其特征在于：所述纤丝化弹性层(3)包括由活性物质颗粒、导电颗粒和可纤维化树脂组成的混合物，可纤维化树脂呈交织的纤丝状并构成弹性网状结构。3.根据权利要求2所述的一种纯干法钠离子电池负极的制备方法，其特征在于：将活性物质颗粒、导电颗粒和可纤维化树脂按质量份配比干混后，再进行纤丝化，然后挤压制出具有自支撑的基础电极；将基础电极通过多级压延和辊压，再与涂胶的集流体层热复合，即制得成品负极片；其中，可纤维化树脂的质量百分含量为1
‑
5％；导电材料的质量百分含量为1
‑
5％；所述活性物质颗粒的质量百分含量为90
‑
98％。4.根据权利要求3所述的一种纯干法钠离子电池负极的制备方法，其特征在于：所述活性物质颗粒包括硬碳粉末、软碳、硫、LTO、金属或合金中的任一种或多种。5.根据权利要求3所述的一种纯干法钠离子电池负极的制备方法，其特征在于：所述导电颗粒为碳黑super
‑
p、KS
‑
6、导电石墨、碳纳米管、石墨烯、碳纤维VGCF中的任一种或多种。6.根据权利要求3所述的一种纯干法钠离子电池负极的制备方法，其特征在于：所述可纤维化树脂为PTFE或改性后的PTFE。7.根据权利要求3所述的一种纯干法钠离子电池负极的制备方法，其特征在于：所述活性物质颗粒为硬碳粉末，所述导电颗粒为碳黑super
‑
p，所述可纤维化树脂为改性PTFE；且硬碳粉末：碳黑super
‑
p：PTFE的质量份混合比例为94：3：3或93：3：4。8.根据权利要求7所述的一种纯干法钠离子电池负极的制备方法，其特征在于：硬碳粉末：碳黑super
‑
p：PTFE的质量份混合比例为94：3：3的制备步骤包括：S1：称取质量份为94份的硬碳粉末，D50为4um，加入到行星式搅拌机中；S2：称取质量份为3份的碳黑super
‑
p加入到硬碳粉末中，转动搅拌30min得到粉末A；S3：称取质量份为3份的改性PTFE粉末，D50为0.5
‑
2um，加入...

【专利技术属性】
技术研发人员：王奇志，
申请(专利权)人：苏州时代华景新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：