一种优选钠离子正极材料中和添加剂及添加量的方法与流程

1.本发明涉及钠离子电池的技术领域，具体为一种优选钠离子正极材料中和添加剂及添加量的方法。


背景技术：

2.由于目前钠离子电池大部分层状正极材料在采用高温固相法烧结过程中，钠盐和金属氧化物通过化学键的断裂和重新组合形成层状结构后，部分的钠盐没有进入材料体相结构中，而是残留在材料表面形成碱性物质，影响材料加工和电池性能。碱性太高，影响浆料加工性能及电池性能，目前的方法都会添加一些弱酸进行中和，降低材料碱性，提升加工性能和电化学性能，但是添加量需要做doe进行全电测试进行确定，方法比较复杂且耗时较长。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种优选钠离子正极材料中和添加剂及添加量的方法，快速的确定中和添加剂的添加量，提升浆料加工性能的同时又保证电化学性能。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种优选钠离子正极材料中和添加剂及添加量的方法，所述的优选方法包括
5.第一步：组装多组不同种类中和酸的钠离子电池，每组钠离子电池包括多个不同含量中和酸的电池；
6.第二步：利用高精度电池测试系统对每组钠离子电池化成；
7.第三步：采用电化学工作站进行交流阻抗测试；
8.第四步：化成数据可以得到每个组不同扣电的克容量发挥和首次放电效率，对每个组的扣电数据除去最大值和最小值，除去不正常数据，其余取平均值；通过阻抗拟合的数据计算na+扩散系数，以及得出欧姆内阻和电荷转移内阻，对每个组的扣电数据除去最大值和最小值，通过获得的数据判断中和酸的种类以及含量。
9.进一步的，所述的第一步包括
10.配料：正极采用钠电正极材料，粘结剂采用pvdf，导电剂采用cnt、super-p、石墨烯一种或多种的复合导电剂体系，选取不同弱酸以及不同添加量的添加剂配方，分别在微型真空搅拌器内制备浆料，控制浆料主要成分比例与固含量一致，负极采用相同金属钠片；
11.涂布：采用微型涂布器在10％湿度环境内进行涂布，将正极涂布在铝箔，面密度保持一致；
12.对辊：不同组的电池的极片烘干后经过对辊碾压至相同的工艺厚度，极片厚度120-121μm，在10％湿度环境内进行；
13.分切：用小型裁片机分组进行裁片，直径12mm，每组取10片质量大小相等或相近的小圆片，在10％湿度环境内进行；
14.组装：在氩气气氛手套箱中进行扣电组装，每组组装十个电池，封装后静置1h。
15.进一步的，所述的第二步为0.1c恒流充电至4.0v，恒压充电至截止电流0.01c；0.1c恒流放电至2.0v；循环两次后充电至55％soc。
16.进一步的，所述的第三步为初始电压在3.65-3.68v，扫描频率为100000-0.01赫兹，电流范围为100ma。
17.与现有技术相比，本发明提供了一种优选钠离子正极材料中和添加剂及添加量的方法及其应用，具备以下有益效果：本发明可以针对不同厂家生产的钠离子电池正极材料，快速的确定中和添加剂的选型以及添加量，提升浆料加工性能的同时又保证电化学性能。
附图说明
18.图1为本发明的原理示意图。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.请参考附图1，本发明通过利用纽扣电池组装和测试其克容量发挥和首次放电效率以及交流阻抗测试来找出这些数据与中和添加剂添加量的关系来判断最优中和添加剂添加量方法。先选取相同种类中和添加剂，添加不同比例的添加量混入钠离子电池正极材料浆料分别在微型真空搅拌器内制备浆料，这样可以防止在制备电池过程中变性；控制比例与固含量一致，极片面密度一致，压实密度保持一致，这是为了保证极片的一致性，方便进行对比；然后进行纽扣电池组装，涂布辊压和组装整个过程均在湿度10％环境内完成，各方案保证操作时间一致，这也是为了体现水分对材料体系的影响以及体现酸中和剂的效果；组装好的电池用0.1c循环两次之后充电至半电态，然后进行交流阻抗的测试，测试参数保持一致，为了使得到的数据有可比性；进行多组(不同添加量，相同添加量但中和添加剂种类不一样)数据的采集，形成相应的趋势关系，这样就可以对添加剂的选型和添加量进行优选。
21.本发明用于测试的正极材料是钠离子电池正极材料层状氧化物o3型。
22.配料：正极采用钠电正极材料(主要是o3,p2结构类型层状氧化物类及其它高ph钠离子正极材料)均可，粘结剂采用pvdf，导电剂采用cnt(碳纳米管)、super-p、石墨烯一种或多种的复合导电剂体系，选取不同弱酸(柠檬酸，草酸，硼酸等)以及不同添加量(分别为0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％)的正极材料，分别在微型真空搅拌器内制备浆料，这样可以防止在制备电池过程中变性；控制浆料比例与固含量一致。负极采用金属钠片。
23.涂布：采用微型涂布器在10％湿度环境内进行涂布，将正极涂布在铝箔。
24.面密度保持一致
25.对辊：不同组的电池的极片烘干后经过对辊碾压至相同的工艺厚度，极片厚度120-121μm，在10％湿度环境内进行。
26.分切：用小型裁片机分组进行裁片，直径12mm，每组取10片质量大小相等或相近的
小圆片，在10％湿度环境内进行。
27.组装：在氩气气氛手套箱中进行扣电组装，每组组装十个电池，封装后静置1h。
28.化成：利用高精度电池测试系统按以下工步化成：0.1c恒流充电至4.0v，恒压充电至截止电流0.01c；0.1c恒流放电至2.0v；循环两次后充电至55％soc。
29.测试：采用电化学工作站进行交流阻抗测试，初始电压在3.65-3.68v，扫描频率为100000-0.01赫兹，电流范围为100ma。
30.数据处理：化成数据可以得到每个组不同扣电的克容量发挥和首次放电效率，对每个组的扣电数据除去最大值和最小值，除去不正常数据，其余取平均值；通过阻抗拟合的数据计算na+扩散系数，以及得出欧姆内阻和电荷转移内阻，对每个组的扣电数据除去最大值和最小值，除去去除散差大的不正常数据，其余取平均值。
31.测试结果见于表内，从表中数据可以看出，草酸的添加效果明显要优于硼酸，材料的克容量发挥和首次放电效率总体是随不同添加量呈现变化的趋势；而na+扩散系数总体是随着草酸添加量的变化而逐渐发生变化，在0.1％～0.3％草酸添加量的时候扩散系数是升高的；而此时欧姆内阻以及电荷转移内阻总体却是减小的，容量发挥和首效也是随之增大；但当添加量超过0.3％后，欧姆内阻和电荷转移内阻反而有所增大，可能是酸的中和反应生成的副产物阻碍了钠离子传输通道。根据数据可以初步判断该款材料适合的酸中和添加剂和添加量，能使电池性能达到最优水平。
[0032][0033]
表一
[0034]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0035]
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0036]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。