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：

1、隨著新能源經(jīng)濟發(fā)展，尤其以動力電池與3c消費類電池發(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，二次電池主要設計環(huán)境為0~45℃，以滿足典型環(huán)境下的需求。然而隨著應用市場的轉變，對電池的低溫性能提出了更高的要求。例如，交通運輸領域，需要電池在-40℃下提供穩(wěn)定的能量輸出，軍事防衛(wèi)領域需要為通訊設備提供-40℃條件下工作的電池，極地科考領域需要能在-80℃條件下工作的電池，外星探索領域需要-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、電子電導率低，體系動力學性能差，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，通過采用控制正負極材料粒徑構建的正極材料-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證。

技術實現(xiàn)思路

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

2、本發(fā)明進一步要解決的技術問題是，克服現(xiàn)有技術存在的缺陷，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；所述集流體兩側由內(nèi)往外依次設置第一活性物質漿料涂層與第二活性物質漿料涂層，以及在其反面的第一活性物質漿料涂層與第二活性物質漿料涂層；其中，第一活性物質漿料涂層中導電劑種類和\或含量不同于第二活性物質漿料涂層，且靠近集流體的第一活性物質漿料涂層的離子電導率與電子電導率高于第二活性物質漿料涂層，所述電池極片包括正極極片和負極極片，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、負極材料與導電劑、粘結劑溶于溶劑中，分散成均勻漿料，分別得正極活性物質漿料和負極活性物質漿料；

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

8、（3）極片輥壓：通過輥壓機分別將步驟（2）所得正極涂片和負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）所得正極極片和負極極片極耳焊接，然后按正極極片、隔膜和負極極片的順序卷繞成裸電芯，之后將其入殼，并進烘箱烘烤；

10、（5）注液：將步驟（4）電芯進行水含量測試，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，所述正極活性物質漿料中正極材料、導電劑和粘結劑的質量百分比為90%~97%：1%~4%：2%~4%；所述負極活性物質漿料中負極材料、導電劑和粘結劑的質量百分比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，所述負極材料為生物質硬碳、煤基硬碳、樹脂基硬碳負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，所述導電劑為炭黑類導電劑、石墨類導電劑、纖維類導電劑、納米管類導電劑、石墨烯類導電劑中的至少一種。

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，多孔結構增加了電極材料與電解質之間的接觸面積，使得電化學反應能夠更迅速、更充分地進行；同時孔隙為電解質和反應物提供了快速傳輸?shù)耐ǖ?，有助于降低濃差極化，提高電池或電化學設備的性能，在某些情況下，多孔集流體還能通過提供額外的機械支撐來增強電極的穩(wěn)定性，延長設備的使用壽命。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漿料漿料中的導電劑含量和\或種類不同與第二層活性物質漿料，近集流體側的活性物質漿料漿料中的導電劑性能優(yōu)于遠集流體側物質漿料，近集流體側的活性物質漿料漿料中的導電劑含量高于遠集流體側。近集流體側的導電劑含量高能創(chuàng)造更多電導網(wǎng)絡，極片電子傳輸電阻低，低溫下電池動力學和循環(huán)穩(wěn)定性提升。

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

技術特征：

1.一種低溫鈉離子電池極片，其特征在于，采用多孔集流體；所述集流體兩側由內(nèi)往外依次設置第一活性物質漿料涂層與第二活性物質漿料涂層，以及在其反面的第一活性物質漿料涂層與第二活性物質漿料涂層；其中，第一活性物質漿料涂層中導電劑種類和\或含量不同于第二活性物質漿料涂層，且靠近集流體的第一活性物質漿料涂層的離子電導率與電子電導率高于第二活性物質漿料涂層，所述電池極片包括正極極片和負極極片，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，包括權利要求1所述的電池極片和超流電解液。

3.一種如權利要求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)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述正極活性物質漿料中正極材料、導電劑和粘結劑的質量百分比為90%~97%：1%~4%：2%~4%；所述負極活性物質漿料中負極材料、導電劑和粘結劑的質量百分比90%~98%：2%~4%：1%~4%。

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

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

9.根據(jù)權利要求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。

技術總結
本發(fā)明屬于電池制備技術領域，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漿料組成，其中活性物質漿料采用梯度涂布模式，從集流體由內(nèi)往外依次設置第一活性物質漿料涂層與第二活性物質漿料涂層；以及在其反面的第一活性物質漿料涂層與第二活性物質漿料涂層。由于近集流體側的導電劑含量高能創(chuàng)造更多電導網(wǎng)絡，極片電子傳輸電阻低，電池動力學和循環(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，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
受保護的技術使用者：湖南鈉能時代科技發(fā)展有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/19