本发明涉及电池,特别涉及一种钠离子电池修复方法及钠离子电池。
背景技术:
1、随着钠离子电池的迅猛发展,以及其在新能源汽车和储能基站等应用终端的日益普及,发生失效的风险和失效造成的破坏也越发严重,而实际上电池的失效机理与形式十分复杂,各组分发生的各反应过程均对电池的失效有不同的影响,特别是钠离子电池在充电过程中存在析钠的风险。
2、在钠离子电池进行大电流快速充电或者低温充电时,钠离子嵌入负极的速度小于钠离子传导到负极活性材料的速度,导致金属钠在负极极片表面析出,进而造成不可逆的钠离子存量损失。金属钠析出时通常会形成树枝状金属钠晶体,简称为钠枝晶。钠枝晶的存在会大大提高与电解液发生副反应进而产生大量气体以及热量的风险。同时,钠枝晶大肆生长有可能穿刺隔离膜,导致钠离子电池发生短路甚至燃烧爆炸。
3、针对钠离子电池析钠现象,现有技术中主要包括:1)电池结构优化,如多极耳设计以均衡电流密度分布、抑制局部析钠;2)负极材料优化,改良或合成出本征参数更易于提升嵌钠动力学的材料以抑制析钠反应;3)隔膜设计及优化,对隔膜进行电化学改性或机械改性以提升其性能并防止刺穿短路;4)电解液优化,通过加入添加剂提升sei膜质量以尽可能避免钠析出。
4、综上,现有的技术大多只考虑钠离子电池在制造初期如何提高抑制钠离子析出的性能。但常见触发析钠失效的因子不仅是电池设计/工艺制成缺陷,还包括电池充放电策略不当或电池实际应用环境苛刻。在商用钠离子电池的生命周期中,钠枝晶的析出几乎是不可避免的现象。
5、目前,最新的技术方案开始从改善充放电策略角度出发,通过环境温度、电化学活化等技术在电池全寿命周期内改善钠枝晶问题,但技术方案较为单一,改善效果有限,且并非对任何状态下的电池都有效。
技术实现思路
1、本发明的主要目的是提出一种钠离子电池修复方法及钠离子电池,旨在减少钠离子电池中的钠枝晶。
2、为实现上述目的,本发明提出一种钠离子电池修复方法,包括以下步骤:
3、大电流放电步骤,包括以第一电流i1对电池进行恒定电流放电;
4、高温静置步骤,包括将钠离子电池加热后以温度t1保温静置;
5、小电流循环充放电步骤,至少包括以第二电流i2对钠离子电池循环充放电;
6、其中,所述钠离子电池的一小时完全放电时电流强度为1c,2c≤i1≤4c,1/20c≤i2≤1c,40℃≤t1≤70℃。
7、在一实施例中,在大电流放电步骤前,还包括:
8、获取钠离子电池的析钠系数,根据所述钠离子电池的析钠系数判定是否具备修复价值;
9、若是,则进行大电流放电步骤;
10、其中,所述析钠系数公式为:
11、,
12、其中,ζ是钠离子电池的析钠系数,α1为温度诱导系数,α2为电阻诱导系数,α3为电化学诱导系数;
13、α1、α2、α3分别按如下公式计算得到:
14、,
15、,
16、,
17、其中,δt为电池充电期间温升,t0为充放电环境温度,rohm为电池的欧姆电阻,zω为钠离子扩散阻抗,c理为电池的理论容量,j为电池的充放电电流,δce为电池的库伦效率,τ弛为电池放电高压平台弛豫时间。
18、在一实施例中,大电流放电步骤中,放电时长为t1,60 s≤t1≤90 s。
19、在一实施例中,高温静置步骤中,保温的时长为t2,24 h≤t2≤36 h。
20、在一实施例中,小电流循环充放电步骤中,钠离子电池的温度为t2,30℃≤t2≤60℃,且t2≤t1。
21、在一实施例中,小电流循环充放电步骤包括以下步骤:
22、以第二电流i2对钠离子电池循环充放电;
23、以第三电流i3对钠离子电池循环充放电;
24、其中,1/2c≤i2≤1c,1/20c≤i3≤1/10c。
25、在一实施例中,其中,以第二电流i2对钠离子电池循环充放电的步骤中,循环充放电的循环次数为n,2≤n≤3;和/或,
26、以第三电流i3对钠离子电池循环充放电的步骤中,循环充放电的循环次数为m,2≤m≤5。
27、在一实施例中,在大电流放电步骤前,还包括以下步骤:
28、以第四电流i4对钠离子电池进行恒定电流充电,以充电电压达到充电上限电压为止。
29、在一实施例中,1/3c≤i4≤1/2c。
30、在一实施例中,以第四电流i4对钠离子电池进行恒定电流充电的步骤s12中,钠离子电池的温度为t3,25℃≤t3≤30℃。
31、本发明的技术方案通过对析钠电芯进行大电流放电以及高温静置老化处理,可以大量激活已析出的钠枝晶,使已经析出钠枝晶重新离子化,可以促进“死钠”的相对位置向负极端靠近,促进孤立的“死钠”重新与电极建立电连接,促使钠枝晶重新离子化参与脱嵌反应,进而消除钠枝晶;通过高温静置,一方面可以热“熔解”钠枝晶,另一方面可以提高经大电流激活离子化后的粒子扩散性能及反应动力学性能,促使更多的钠离子回到钠离子的脱出嵌入反应中,从而促进消除钠枝晶;通过小电流充放电处理,使重新产生“电连接”的钠枝晶离子化,减小由电流带来的浓差极化和电化学极化等不利因素的影响,增加材料中参与电荷输送的晶格数量,提高钠离子参与反应的脱嵌率,抑制析钠反应,化缺陷为能量,变废为宝;通过高温静置步骤,以使得大电流放电步骤中重新建立电连接并离子化的钠枝晶加速扩散、参与反应,通过小电流循环充放电步骤,可减小极化,促使经大电流放电步骤和高温静置步骤激活的钠离子更大程度地发挥作用,使抑制并消除枝晶的效果达到最佳;通过调整第一电流i1为2c~4c,可快速激活钠枝晶,将析钠重新离子化,若放电电流i1过大,电荷转移速度和离子扩散速度与内部电场强度不匹配,钠枝晶离子化过程不彻底,若放电电流i1过小,则激活作用有限,析钠离子化进程慢,修复效果差;通过调整静置温度t1在40℃~70℃,可有效“熔解”钠枝晶,将大电流放电步骤未溶解的析钠重新离子化,并将已经离子化的钠离子向外扩散,避免钠离子堆积导致钠枝晶的“熔解”进程减缓,若静置温度t1过低,热“熔解”及促进扩散的效果不明显,若静置温度t1过高,易引发内部链式放热反应触发电芯热失控;通过低倍率电流充放电处理,可以减小由电流带来的浓差极化和电化学极化等不利因素的影响,使得更多的钠离子参与到电池的充放电过程中来,从而彻底消除钠枝晶;此外,本发明的技术方案不受限于开发阶段,可在钠离子电池全寿命周期内进行无损修复,支持灵活根据电芯的实际使用数据判定修复的条件、周期或频率,以低成本实现电芯服役寿命时长以及服役期间安全性的显著提高。
1.一种钠离子电池修复方法,其特征在于,包括以下步骤:
2.如权利要求1所述的钠离子电池修复方法,其特征在于,在大电流放电步骤前,还包括:
3.如权利要求1所述的钠离子电池修复方法,其特征在于,大电流放电步骤中,放电时长为t1,60 s≤t1≤90 s。
4.如权利要求1所述的钠离子电池修复方法,其特征在于,高温静置步骤中,保温的时长为t2,24 h≤t2≤36 h。
5.如权利要求1所述的钠离子电池修复方法,其特征在于,小电流循环充放电步骤中,钠离子电池的温度为t2,30℃≤t2≤60℃,且t2≤t1。
6.如权利要求1所述的钠离子电池修复方法,其特征在于,小电流循环充放电步骤包括以下步骤:
7.如权利要求6所述的钠离子电池修复方法,其特征在于,其中,以第二电流i2对钠离子电池循环充放电的步骤中,循环充放电的循环次数为n,2≤n≤3;和/或,
8.如权利要求1所述的钠离子电池修复方法,其特征在于,在大电流放电步骤前,还包括以下步骤:
9.如权利要求8所述的钠离子电池修复方法,其特征在于,以第四电流i4对钠离子电池进行恒定电流充电的步骤中,钠离子电池的温度为t3,25℃≤t3≤30℃。
10.一种钠离子电池,其特征在于,所述钠离子电池为按如权利要求1至9任一项所述的钠离子电池修复方法修复后得到的钠离子电池。