一种高安全长循环钠离子电池的制作方法

本发明属于新能源储能，具体涉及一种高安全长循环钠离子电池。

背景技术：

1、在新能源储能技术中，锂离子电池已被广泛应用。钠离子电池与锂离子电池具有类似的原理和结构，但与锂电池相比，钠离子电池资源广、成本低且波动小，具有较宽的温区和较高的安全性能，这些特点成为钠离子电池替代锂离子电池的有利因素，随着钠离子电池技术的不断进步，钠离子电池将在我国能源体系占据重要席位，尤其在储能领域具备广阔的成长空间。发展高性能、低成本的钠离子电池是决定其是否能够产业化的决定性因素。

2、目前的钠离子电池，易发生析钠现象，同时存在着循环性能不足以及倍率放电能力差的问题，因此，有必要对钠离子电池进行研究改进。

技术实现思路

1、本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：目前钠离子电池普遍存在循环性能差和倍率性能不足的问题，因此，有必要对钠离子电池进行深入研究，抑制析钠发生，以改善钠离子电池的循环性能和倍率性能。

2、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提供了一种高安全长循环钠离子电池，包括正极、负极和电解液，其中，

3、所述负极进行扣电测试的放电容量曲线所对应的斜坡区容量a和平台区容量b满足关系式：0.66≤a/b≤2.34，其中，斜坡区容量a为扣电测试0.1-3.0v电压区间的容量释放占比，平台区容量b为扣电测试0.1-0v电压区间的容量释放占比，a+b＝1；

4、所述电解液包括氟醚溶剂，所述氟醚溶剂的分子式为:fxcnh2n+1-xocmh2m+1，其中，x/(2n+1)＜80％，n/m>1.5，4≤n≤10，1≤m≤5，所述电解液中氟醚的质量百分含量c％为7％≤c％≤30％；

5、所述负极的压实密度d为0.85-1.00g/cm3。

6、可选的，所述电解液中氟醚质量含量c％和所述负极的压实密度d满足：7＜c/d＜35。

7、可选的，所述电解液中氟醚质量含量c％和所述负极的压实密度d满足：10≤c/d≤31。

8、可选的，0.81≤a/b≤1.63。

9、可选的，所述氟醚溶剂选自2,2,3,3,4,4,5,5-八氟戊基甲基醚、2,2,3,3,4,4,5,5-八氟戊基乙基醚、2,2,3,3,4,4,5-七氟戊基甲基醚、2,2,3,4,4,5,5-七氟戊基乙基醚、3,3,4,4,5,5-六氟戊基甲基醚、3,3,4,4,5,5-六氟戊基乙基醚、2,2,3,3,4,4-六氟丁基甲基醚、2,2,3,3,4,4-六氟戊基甲基醚或2,2,3,3,4,4-六氟丁基乙基醚中的至少一种；

10、优选地，所述氟醚溶剂包括2,2,3,3,4,4,5,5-八氟戊基乙基醚、2,2,3,3,4,4,5,5-八氟戊基甲基醚、2,3,3,4,4,5,5-七氟戊基甲基醚一种或多种。

11、可选的，所述电解液中还包括辅助溶剂，所述辅助溶剂包括c3～c5的碳酸酯、c2～c6的羧酸酯、c4～c10的醚中的至少一种，其中，

12、所述c3～c5的碳酸酯包括碳原子数为3～5的环状碳酸酯或链状碳酸酯，优选地，所述环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、碳酸亚丁酯中的至少一种；所述链状碳酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯中的至少一种；

13、所述c2～c6的羧酸酯包括乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸丙酯中的至少一种。

14、所述c4～c10的醚包括碳原子数为4～10的环状醚或链状醚；优选地，所述环状醚包括1,3-二氧戊烷、1,4-二氧惡烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃，2-三氟甲基四氢呋喃中的至少一种；所述链状醚包括二甲氧基甲烷、1,2-二甲氧基乙烷、二甘醇二甲醚中的至少一种；

15、可选的，所述电解液中包括电解质盐，所述电解质盐包括高氯酸钠(naclo4)、四氟硼酸钠(nabf4)、六氟磷酸钠(napf6)、三氟乙酸钠(cf3coona)、四苯硼酸钠(nab(c6h5)4)、三氟甲基磺酸钠(naso3cf3)、双(氟磺酰)亚胺钠(na[(fso2)2n])或双(三氟甲基磺酰)亚胺钠(na[(cf3so2)2n])中的至少一种。

16、可选的，所述电解液还包括添加剂，所述添加剂包括氟代碳酸酯，优选地，所述氟代碳酸酯包括氟代碳酸乙烯酯(fec)或双氟代碳酸乙烯酯(dfec)中的至少一种，所述电解液中所述氟代碳酸酯的质量百分含量为1-5％。

17、可选的，所述正极包括正极活性物质，所述正极活性物质选自层状金属氧化物、聚阴离子化合物、普鲁士类化合物、磷酸盐化合物、硫酸盐化合物中的至少一种，其中，

18、所述层状金属氧化物的化学式为naxmyoz，0＜x≤1，0＜y≤1，1＜z≤2，m选自cr、fe、co、ni、cu、mn、sn、mo、sb、v中的至少一种；优选地，所述层状金属氧化物为nanimfenmnpo2(m+n+p＝1，0≤m≤1，0≤n≤1，0≤p≤1)或nanimconmnpo2(m+n+p＝1，0≤m≤1，0≤n≤1，0≤p≤1)中的至少一种；

19、所述普鲁士类化合物的分子式为naxm[m′(cn)6]y·zh2o，m和m′为过渡金属，0<x≤2，0<y≤1，0<z≤20；优选地，所述普鲁士类化合物为naxmn[fe(cn)6]y·zh2o(0＜x≤2，0＜y≤1，0＜z≤20)或naxfe[fe(cn)6]y·zh2o(0＜x≤2，0＜y≤1，0＜z≤20)中的至少一种；

20、所述磷酸盐化合物的化学式为na3(mo1-xpo4)2f1+2x，0≤x≤1，m选自al、v、ge、fe、ga中的至少一种，优选地，所述磷酸盐化合物为na3(vpo4)2f3或na3(vopo4)2f中的至少一种；或者，所述磷酸盐化合物的化学式为na2mpo4f，m选自fe、mn中的至少一种，优选地，所述磷酸盐化合物为na2fepo4f或na2mnpo4f中的至少一种；

21、所述硫酸盐化合物的化学式为na2m(so4)2·2h2o，m选自cr、fe、co、ni、cu、mn、sn、mo、sb、v中的至少一种；

22、可选的，所述负极包括负极活性物质和导电剂，所述负极活性物质包括硬碳或软碳中的至少一种；所述负极活性物质的粒径满足4μm≤d50≤8μm；所述负极中，所述导电剂的质量百分含量为1％～5％。

23、根据本发明提供的高安全长循环钠离子电池，发明人在研究中发现，通过控制电池所使用的负极材料的平台区容量与斜坡区容量比值满足0.66≤a/b≤2.34，能够保证负极的容量得到充分发挥，稳定正负极容量释放比，使得从正极脱嵌出的na+能够全部嵌入负极，防止na+在负极析出，有效抑制了析钠现象的发生，并且提升了电池的循环性能和倍率性能。同时，本发明在电解液中采用了氟醚作为共溶剂，该氟醚溶剂能够参与到离子的溶剂化结构中，影响界面膜sei和cei的构成，改善了成膜质量，提升了电极材料与电解液的界面稳定性，从而提升了电池的循环性能。但是，发明人在研究中同时发现，在加入本发明的氟醚溶剂后会导致电解液的浸润性出现下降，基于此，发明人进一步研究发现，将负极的压实密度控制为0.85-1.00g/cm3，可以很好的改善负极的浸润效果，在保证电池具有足够的能量密度的情况下，使负极具有极佳的浸润性，缩短了电池制作的浸润时间，并且在电池激活过程中有利于提高成膜效果。本发明通过控制负极的平台区容量与斜坡区容量比值、在电解液中加入特定的氟醚溶剂以及控制负极的压实密度，有效提升了钠离子电池的性能，尤其是大幅改善了倍率性能和循环性能，并且无析钠现象发生。