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钠离子电池生产工艺可参考锂离子电池,部分工序简化。以软包叠片工艺为例,工序可分为三个部分:
1)前端电极制造工序,电极浆料制备、电极涂布、辊压、极片真空干燥、极片分切等;
2)后端装配工序,叠片、焊接、入壳封装、真空干燥、注液及封口等;
3)化成分选工序,包括预封装、化成、二次封装、分容筛选等。
与锂电池不同的是,钠电池可以使用铝箔作为负极集流体,因此正负极片均可以采用铝极耳进行连接,这样可以简化极耳焊接工序。
钠离子电池工艺流程
钠离子电池跟锂离子电池最大区别在于正极材料,三种技术路线各有独特优势。目前钠离子电池正极材料体系主要分为层状过渡金属氧化物、聚阴离子类及普鲁士蓝类三种技术路线:
1.层状氧化物
通式为 NaxMO2(M 为一种或多种过渡金属元素或者掺杂替换元素),拥有二维传输通道,钠离子传输快;压实密度较高,拥有较高能量密度;制备工艺和三元材料一致,可以直接使用现有设备,缩短产业化周期,降低研发成本。
缺点:未改性材料在空气中稳定性较差,生产、存储和使用成本增加,循环寿命差。
2.聚阴离子类
材料通式为 NaxMy(XaOb)zZw,M 为 Ti、V、Fe 等一种或多种,X 为 S、P 等,Z 为 F 等。具有开放的三维骨架结构,加上聚阴离子和卤素阴离子的诱导效应,工作电压高,通常具有优良的倍率性能、循环性能、热稳定性。但是导电性较差,需要额外碳包覆或纳米化工艺改善。
NASICON 结构的 Na3V2(PO4)3 和磷酸铁锂一样具有 3.4V 的长平台,生产工艺可以直接沿用磷酸铁锂工艺。由于含有剧毒的 V元素,成本较高,产业化进程较慢。
3.普鲁士蓝类
材料通式为 NaxMM’(CN)6·xH2O,M’通常为 Fe 元素,M 为过渡金属元素。其中 FeMn 基普鲁士蓝类材料拥有 150mAh/g 的比容量和 3.4V 的平台电压,原材料成本低廉,有望实现产业化。问题在于需要水溶液方法合成,结晶水含量难以控制,水含量影响电池性能。层状过渡金属氧化物比容量高,聚阴离子类电压平台高,是两种开发高能量密度钠离子电池的路线。
常见正极材料的工作电压、比容量和能量密度
来源:锂电那些事