一种钠离子单体电池的化成方法

电气元件制品的制造及其应用技术1.本发明涉及钠离子电池技术领域，具体为一种钠离子单体电池的化成方法。背景技术：2.钠离子电池在新能源储能和动力领域具有良好的应用前景，其充电速度快、高低温性能优异、安全性能好，但其能量密度以及循环寿命低是限制其发展的主要问题。化成是钠离子电池生产的重要环节之一，直接决定负极形成固体电解质界面膜(sei)的结构和性能，并进一步影响钠离子电池的首次容量、充放电效率及循环寿命等性能。3.钠离子电池在生产工艺及工作原理上与锂离子电池存在一定的相似性，因此目前钠离子电池的化成方法主要参考锂离子电池。4.例如，cn108140880a提供了一种钠离子单电池或电池的化成方法，在化成充电阶段，将单电池充电至钠从正极材料不可逆释放的第一电压，以及在后续的充电-放电循环中，将单电池充电至低于第一电压的第二电压。5.cn113097557a提供了一种钠离子电池及其制备方法，包括提供待化成的钠离子电池和对其进行梯度化成制得钠离子电池，梯度化成包括多个充放电步骤。6.但是上述方法主要对电池化成的充电阶段进行改变，包括电流和电压等，其方法与锂离子电池的化成方法十分相似，对钠离子电池的性能的改变并不显著，无法效提升钠离子电池的首次容量、充放电效率及循环寿命。技术实现要素：7.本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。8.鉴于上述和/或现有钠离子单电池化成中存在的问题，提出了本发明。9.因此，本发明的目的是提供一种钠离子单体电池的化成方法，显著改变钠离子电池的性能，有效提升钠离子电池的首次容量、充放电效率及循环寿命。10.为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：11.一种钠离子单体电池的化成方法，其包括：12.s1、常温充电：20-25℃条件下，以0.1c-0.5c的充电倍率对钠离子单体电池进行恒流充电，充电截至电压为vc1并静置30-60分钟；13.s2、低温脉冲充电：将单体电池置于2-10℃条件下1-2h，以电压vc2进行恒压充电2-5秒钟后静止3-8秒钟，重复5-8次；14.s3、常温放电：20-25℃条件下静置30-60分钟，以0.1c-0.5c的放电倍率对钠离子单体电池进行恒流放电，放电截至电压为vd1；15.s4、高温脉冲放电：将单体电池置于35-55℃条件下1-2h，以电压vd2进行恒压放电3-6秒钟，静止5-8秒钟，重复4-8次；16.s5、重复上述步骤2-3次，完成钠离子单体电池的化成。17.作为本发明所述的一种钠离子电池的化成方法的一种优选方案，其中，所述充电截至电压vc1的范围为3.95-4.35v。18.作为本发明所述的一种钠离子电池的化成方法的一种优选方案，其中，所述电压vc2为电压vc1的1.2-1.5倍。19.作为本发明所述的一种钠离子电池的化成方法的一种优选方案，其中，所述放电截至电压vd1的范围为2.5-3.0v。20.作为本发明所述的一种钠离子电池的化成方法的一种优选方案，其中，所述电压vd2为电压vd1的0.8-0.9倍。21.作为本发明所述的一种钠离子电池的化成方法的一种优选方案，其中，所述钠离子单体电池的正极材料为含有钠元素的钒基聚阴离子正极材料、普鲁士白类正极材料或层状氧化物正极材料。22.作为本发明所述的一种钠离子电池的化成方法的一种优选方案，其中，所述钠离子单体电池的负极材料中参与充放电电化学反应的为一种或多种碳材料、合金类负极材料或其他储钠负极材料等组成的碳基材料。23.与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：本发明针对钠离子电池的电极材料特性，通过低温脉冲充电和高温脉冲放电强化钠离子电池电极材料结构、稳定sei膜的性能，可有效提升钠离子在正负极材料中的嵌入/脱出能力，稳定电极材料结构，从而显著提升钠离子电池的首次容量、充放电效率及循环寿命。附图说明24.为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将结合附图和详细实施方式对本发明进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：25.图1为本发明一种钠离子电池的化成方法的流程图。具体实施方式26.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。27.其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施方式时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。28.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。29.本发明提供一种钠离子单体电池的化成方法，显著改变钠离子电池的性能，有效提升钠离子电池的首次容量、充放电效率及循环寿命。30.图1示出的是本发明离子单体电池的化成方法的流程图，下面结合图1对该种钠离子单体电池的化成方法的具体过程做详细描述。31.实施例132.以钒基聚阴离子材料na3v2(po4)3为正极，以硬碳为负极，制备理论容量为20ah的未化成钠离子电池单体，并用充放电化成柜对钠离子电池单体进行化成；33.s1、常温充电：25℃条件下，以2.0a的充电电流对钠离子单体电池进行恒流充电，充电截至电压为3.95v，并静置30分钟。34.s2、低温脉冲充电：将单体电池置于10℃条件下2h，以电压5.92v进行恒压充电2秒钟后静止3秒钟，重复5次。35.s3、常温放电：将单体电池置于25℃条件下静置30分钟，以2.0a的放电电流对钠离子单体电池进行恒流放电，放电截至电压为2.50v。36.s4、高温脉冲放电：将单体电池置于55℃条件下1h，以电压2.00v进行恒压放电3秒钟，静止5秒钟，重复4次。37.s5、重复上述步骤2次。38.然后在25℃条件下，以2a的充电电流对钠离子单体电池进行恒流充电2h，通过上述过程，完成理论容量为20ah的钠离子电池的化成过程，并使钠离子的荷电态(soc)为20％。39.实施例240.以普鲁士白类正极材料na2mn[mn(cn)6]为正极，以na-sn-ga三元合金为负极，制备理论容量为5ah的未化成钠离子电池单体，并用充放电化成柜对钠离子电池单体进行化成：[0041]s1、常温充电：20℃条件下，以2.5a的充电电流对钠离子单体电池进行恒流充电，充电截至电压为4.35v，并静置60分钟。[0042]s2、低温脉冲充电：将单体电池置于2℃条件下1h，以电压5.22v进行恒压充电5秒钟后静止8秒钟，重复8次。[0043]s3、常温放电：将单体电池置于20℃条件下静置60分钟，以2.5a的放电电流对钠离子单体电池进行恒流放电，放电截至电压为3.00v。[0044]s4、高温脉冲放电：将单体电池置于35℃条件下2h，以电压2.70v进行恒压放电6秒钟，静止8秒钟，重复8次。[0045]s5、重复上述步骤3次。[0046]然后在20℃条件下，以2.5a的充电电流对钠离子单体电池进行恒流充电1h，通过上述过程，完成理论容量为5ah的钠离子电池的化成过程，并使钠离子的荷电态(soc)为50％。[0047]实施例3[0048]以层状氧化物正极材料na0.4co0.5ni0.2cu0.1o2为正极，以中间相碳微球为负极，制备理论容量为30ah的未化成钠离子电池单体，并用充放电化成柜对钠离子电池单体进行化成：[0049]s1、常温充电：22℃条件下，以6.0a的充电电流对钠离子单体电池进行恒流充电，充电截至电压为4.20v，并静置50分钟。[0050]s2、低温脉冲充电：将单体电池置于5℃条件下1.5h，以电压5.46v进行恒压充电4秒钟后静止6秒钟，重复7次。[0051]s3、常温放电：将单体电池置于22℃条件下静置50分钟，以6.0a的放电电流对钠离子单体电池进行恒流放电，放电截至电压为2.85v。[0052]s4、高温脉冲放电：将单体电池置于35℃条件下2h，以电压2.42v进行恒压放电5秒钟，静止6秒钟，重复7次。[0053]s5、重复上述步骤2次。[0054]然后在22℃条件下，以6.0a的充电电流对钠离子单体电池进行恒流充电3h，通过上述过程，完成理论容量为30ah的钠离子电池的化成过程，并使钠离子的荷电态(soc)为60％。[0055]上述实施例1-实施例3中的充电或放电倍率中的c是钠离子单体电池的理论设计容量，单位为mah或ah。[0056]为了对上述实施例的效果进行验证，下面提供3中对比例。[0057]对比例1[0058]材料与实施例1相同，以钒基聚阴离子材料na3v2(po4)3为正极，以硬碳为负极，制备理论容量为20ah的未化成钠离子电池单体，化成的方法采用常规的方法，即不含低温脉冲充电及高温脉冲放电工艺。[0059]对比例2[0060]材料与实施例2相同，以普鲁士白类正极材料na2mn[mn(cn)6]为正极，以na-sn-ga三元合金为负极，制备理论容量为5ah的未化成钠离子电池单体，化成的方法采用常规的方法，即不含低温脉冲充电及高温脉冲放电工艺。[0061]对比例3[0062]材料与实施例3相同，以层状氧化物正极材料na0.4co0.5ni0.2cu0.1o2为正极，以中间相碳微球为负极，制备理论容量为30ah的未化成钠离子电池单体，化成的方法采用常规的方法，即不含低温脉冲充电及高温脉冲放电工艺。[0063]上述实施例1-3和对比例1-3测得的各项数据汇总如下表：[0064][0065][0066]从上表中可以看出，实施例1-3的首次容量、充放电效率及循环后剩余容量等指标均优于对应的对比例1-3，表明本发明针对钠离子电池的电极材料特性，通过低温脉冲充电和高温脉冲放电强化钠离子电池电极材料结构、稳定sei膜的性能，可有效提升钠离子在正负极材料中的嵌入/脱出能力，稳定电极材料结构，从而显著提升钠离子电池的首次容量、充放电效率及循环寿命。[0067]虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。









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