[发明专利]高能量密度准固态钠离子电池的制造方法

说明书

本发明涉及新能源领域，公开了一种高能量密度准固态钠离子电池的制造方法，由预制钠和去除预钠用正极二次封装的两个主要工艺过程构成。预制钠工艺是在加电场的作用下，单层涂布预钠用正极通过复合钠离子聚乙烯‑聚苯硫醚基复合固态电解质，在多孔铝箔表面形成均匀镀钠，使得金属钠的形核和生长均匀，抑制枝晶产生。钠离子聚乙烯‑聚苯硫醚基复合固态电解质在预制钠后会和钠存储铝铜负极紧紧粘覆在一起，同单层涂布预钠用正极很容易脱离，将脱钠后的预钠用正极取出，不会造成电芯内部损伤，并二次抽真空封口。本方法制作的电池具有很好的阻燃特性和良好的热稳定性，减少了电解液注液量，也减少了电池内部可燃物，提高的电池安全性能。

技术领域

本发明涉及新能源材料和器件制造技术领域，特别涉及一种高能量密度准固态钠离子电池的制造方法。

背景技术

钠离子电池由于采用储量更加丰富的钠元素来取代锂，其预期成本会极大的降低，受到越来越多的人的广泛关注，然而时至今日，尚没有适合钠离子电池的商业化隔膜被开发出来，绝大多数研究人员还是采用传统的玻纤隔膜来组装钠离子电池，以避免钠枝晶造成短路。然而玻纤隔膜的成本高，且厚度在上百微米，直接限制了钠离子电池的商业化应用。

另外，钠离子电池的负极材料普遍对钠电位较高，直接导致全电池电压低，能量密度低。而直接采用极为活泼的金属钠负极，对制造过程的安全防护和环境要求极为苛刻，容易产生安全事故。近期，科研人员发现采用多孔铝集流体可以有效抑制钠枝晶(一种抑制钠枝晶的多孔铝集流体CN108417843A)，金属钠在铝的空隙内沉积，且铝和钠之间不会发生合金化反应，不会发生大的体积膨胀，有较高的可拟性，极大降低了钠负极的对钠电位。然而，多孔铝在使用前需要预制钠，至今尚无可产业化的方案提出。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种高能量密度准固态钠离子电池的制造方法，该方法所制备的钠离子聚乙烯-聚苯硫醚基(PE-PPS)复合固态电解质中钠的固溶度高，且膜材中的阴离子被有效束缚，使其成为单一钠离子的优良导体；多孔铝箔预钠化过程安全可控；所制造的准固态钠离子电池装配工艺简化，具有高安全性长寿命高体积能量密度的特点。

技术方案：本发明提供了一种高能量密度准固态钠离子电池的制造方法，包括以下步骤：

(1)制备各向同性的钠离子聚乙烯-聚苯硫醚基复合固态电解质：将混合后的预钠化聚苯硫醚粉料与聚四氟乙烯粉料定向拉丝后，制成预钠化聚苯硫醚固态电解质膜，将所述预钠化聚苯硫醚固态电解质膜同聚乙烯膜粘接在一起，构成钠离子聚乙烯-聚苯硫醚基复合固态电解质；

(2)制造钠存储铝铜负极：在铜箔两个表面印刷高导电高纯石墨涂胶层，并将多孔铝箔热压复合到所述铜箔的两面，制得钠存储铝铜负极；(3)制造准固态钠离子电池：电芯叠片的顺序为：钠存储铝铜负极、钠离子聚乙烯-聚苯硫醚基复合固态电解质、单层涂布预钠用正极、双面涂布钠离子正极；上述为一个叠片单元，相邻两个叠片单元共用一个所述钠存储铝铜负极或一个所述双面涂布钠离子正极；所述钠存储铝铜负极和所述双面涂布钠离子正极为同端出极耳，所述单层涂布预钠用正极出极耳方向相反，极耳焊接后封装，注入电解液抽真空封口；接着在所述钠存储铝铜负极上预制钠，达到规定钠容量后，断开电源，在惰性气氛保护下取出已经脱钠后的预钠用正极，补充电解液后，再次抽真空封口，完成准固态钠离子电池的制造。

进一步地，将N-甲基吡咯酮、硫化钠Na₂S、氢氧化钠置于有搅拌功能的高压反应釜中，并升温到150-250℃高温脱水2-5h后降温至80-100℃，加入1,4-二氯苯，在150-250℃下反应80-200分钟；中和氢氧化钠后除去NMP和H₂O，得到干燥混合粉料A；将所述混合粉料A在冷冻的条件下进行气流磨或高速合金刀片粉碎，在粉碎后的混合粉料B中，加入阴离子络合剂搅拌均匀，并置于密闭反应釜中，在150-250℃下反应80-200分钟，再经洗涤、干燥，得到所述预钠化聚苯硫醚粉料。