一种钠离子电池的制作方法

本发明涉及电池，具体而言，本发明涉及一种钠离子电池。

背景技术：

1、钠离子电池原料成本低，快充性能好，安全性高，有望逐步替代锂离子电池。目前，锂离子电池的负极材料以石墨为主，石墨结晶度较高，而钠离子电池的负极材料更多地选用硬碳、软碳，其结晶度较低，存在较多的结构缺陷。由于钠离子电池和锂离子电池负极材料上的差异，在电池充放电过程中，电解液中的常规溶剂例如碳酸酯类等容易在钠离子电池负极材料的结构缺陷区发生分解，降低钠离子电池的循环寿命。因此，开发电解液和碳负极材料相适配的钠离子电池，提高电池循环寿命是当前急需解决的问题。

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：电解液溶剂包括碳酸酯类、羧酸酯类、醚类。常规溶剂例如碳酸酯类等容易在钠离子电池负极材料的结构缺陷区发生分解，降低钠离子电池的循环寿命。

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，本发明的实施例提出一种钠离子电池，采用氟醚作为电解液的溶剂，通过调控电解液中氟醚的含量和负极碳材料的结晶度，钠离子电池可获得较低的内阻和较高的循环性能。

3、本发明实施例的一种钠离子电池，包括正极、电解液及负极，所述电解液包括第一溶剂，所述第一溶剂包括氟醚，所述氟醚占电解液的质量百分含量为z％；所述负极包括负极活性材料，所述负极活性材料为碳材料，所述碳材料的结晶度为y％；其中，z与y满足关系式：0.4≤z/y≤25。

4、本发明实施例的钠离子电池带来的优点和技术效果：采用本发明的氟醚作为电解液的溶剂能增强电解液电化学稳定性，降低电解液黏度；另外，适量的氟醚作为溶剂，会改善负极碳材料的sei膜，提升电极材料与电解液的界面稳定性，从而提高电池循环寿命。但氟醚对钠离子的溶剂化能力较弱，氟醚含量增加使得电解液的离子电导性较差，从而增加充放电内阻。通过选择合适的负极碳材料结晶度，可以减少氟醚的使用量，同时能维持钠离子较高的溶剂化程度，降低充放电内阻，进一步提升钠离子电池的循环寿命。

5、本发明实施例中，在采用氟醚为溶剂的同时，控制了氟醚溶剂与碳材料结晶度之间的关系，z/y较低时，氟醚含量较低且碳材料的结晶度较高，其中，氟醚含量较低使得电解液的电化学稳定性变差，容易在结构缺陷区发生分解，负极碳材料与电解液的界面稳定性变差，导致循环容量保持率下降，碳材料的结晶度较高，使得通过填孔或吸附方式的储钠能力降低，导致负极储钠不足，电池容量降低；z/y较高时，氟醚含量较高且碳材料的结晶度较低，其中，氟醚含量过高会降低钠离子的溶剂化程度，影响电解液的离子电导率，导致电池充放电内阻增加，碳材料的结晶度较低使得结构缺陷区较多，电池产气较多。本发明实施例通过调控电解液中氟醚的含量和负极碳材料的结晶度满足关系式，使钠离子电池获得了较低的内阻和较高的循环性能。

6、在一些实施例中，1≤z/y≤10。

7、在一些实施例中，所述氟醚占电解液的质量百分含量z％为5％≤z％≤30％，优选地，10％≤z％≤20％。

8、在一些实施例中，所述碳材料的结晶度y％为0.5％≤y％≤20％，优选地，1％≤y％≤15％。

9、在一些实施例中，所述氟醚的分子式为fxcnh2n+1-xocmh2m+1，其中，x/(2n+1)＜80％，n/m＞1.5，同时满足m+n≤9，n≥3。

10、在一些实施例中，所述氟醚包括hcf2cf2ch2och3、hcf2(cf2)2ch2och3、hcf2(cf2)2ch2och2ch3、hcf2(cf2)3ch2och3、hcf2(cf2)3ch2och2ch3中的至少一种。

11、在一些实施例中，所述负极活性材料包括硬碳、软碳中的至少一种。

12、在一些实施例中，所述电解液还包括第二溶剂，所述第二溶剂包括碳酸酯类、羧酸酯类、醚类中的至少一种；

13、优选地，所述碳酸酯类包括碳原子数为3～7的环状或链状碳酸酯中的至少一种；所述碳原子数为3～7的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；所述碳原子数为3～7的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；

14、优选地，所述羧酸酯类包括碳原子数为2～6的羧酸酯；所述碳原子数为2～6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；

15、优选地，所述醚类包括碳原子数为4～10的环状醚或链状醚中的至少一种；所述碳原子数为4～10的环状醚包括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；所述碳原子数为4～10的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。

16、在一些实施例中，所述电解液还包括电解质盐，所述电解质盐包括六氟磷酸钠、双(氟磺酰)亚胺钠、双(三氟甲基)磺酰亚胺钠、三氟甲基磺酸钠、三氟乙酸钠、四氟硼酸钠、高氯酸钠中的至少一种；和/或，所述电解液还包括添加剂，所述添加剂包括环状碳酸酯、氟代碳酸酯、环状磺酸酯、环状硫酸酯、磷酸酯、硼酸酯和腈类中的至少一种。

17、在一些实施例中，所述正极包括正极活性材料，所述正极活性材料包括含钠的层状氧化物、含钠的聚阴离子化合物、含钠的普鲁士蓝化合物中的至少一种；

18、所述含钠的层状氧化物包括式(1)所示的化合物中的至少一种；

19、naimo2式(1)

20、其中，0＜i≤1，m选自v、cr、mn、fe、co、ni、cu中的至少一种；

21、所述含钠的聚阴离子化合物包括na3v2(po4)2f3；

22、所述含钠的普鲁士蓝化合物包括式(2)所示的化合物中的至少一种；

23、axm＇＇[m＇(cn)6]1-y·□y·zh2o式(2)

24、其中，0≤x≤2，0≤y＜1，0≤z≤20；a为碱金属离子，m＇＇为与n配位的过渡金属，m＇为与c配位的过渡金属；□为[m＇(cn)6]空穴；

25、优选地，a选自k+、na+中的至少一种；m＇＇选自ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn中的至少一种；m＇选自ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn中的至少一种。

技术特征：

1.一种钠离子电池，包括正极、电解液及负极，所述电解液包括第一溶剂，其特征在于，所述第一溶剂包括氟醚，所述氟醚占电解液的质量百分含量为z％；所述负极包括负极活性材料，所述负极活性材料为碳材料，所述碳材料的结晶度为y％；其中，z与y满足关系式：0.4≤z/y≤25。

2.根据权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，1≤z/y≤10。

3.根据权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述氟醚占电解液的质量百分含量z％为5％≤z％≤30％，优选地，10％≤z％≤20％。

4.根据权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述碳材料的结晶度y％为0.5％≤y％≤20％，优选地，1％≤y％≤15％。

5.根据权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述氟醚的分子式为fxcnh2n+1-xocmh2m+1，其中，x/(2n+1)＜80％，n/m＞1.5，同时满足m+n≤9，n≥3。

6.根据权利要求5所述的钠离子电池，其特征在于，所述氟醚包括hcf2cf2ch2och3、hcf2(cf2)2ch2och3、hcf2(cf2)2ch2och2ch3、hcf2(cf2)3ch2och3、hcf2(cf2)3ch2och2ch3中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述负极活性材料包括硬碳、软碳中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述电解液还包括第二溶剂，所述第二溶剂包括碳酸酯类、羧酸酯类、醚类中的至少一种；

9.根据权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述电解液还包括电解质盐，所述电解质盐包括六氟磷酸钠、双(氟磺酰)亚胺钠、双(三氟甲基)磺酰亚胺钠、三氟甲基磺酸钠、三氟乙酸钠、四氟硼酸钠、高氯酸钠中的至少一种；和/或，所述电解液还包括添加剂，所述添加剂包括环状碳酸酯、氟代碳酸酯、环状磺酸酯、环状硫酸酯、磷酸酯、硼酸酯和腈类中的至少一种。

10.根据权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述正极包括正极活性材料，所述正极活性材料包括含钠的层状氧化物、含钠的聚阴离子化合物、含钠的普鲁士蓝化合物中的至少一种；

技术总结
本发明公开了一种钠离子电池，包括正极、电解液及负极，所述电解液包括第一溶剂，所述第一溶剂包括氟醚，所述氟醚占电解液的质量百分含量为Z％；所述负极包括负极活性材料，所述负极活性材料为碳材料，所述碳材料的结晶度为Y％；其中，Z与Y满足关系式：0.4≤Z/Y≤25。本发明的钠离子电池采用氟醚作为电解液的溶剂，通过调控电解液中氟醚的含量和负极碳材料的结晶度，钠离子电池可获得较低的内阻和较高的循环性能。

技术研发人员：刘中波,陈柏润,敖小虎,刘杨,郑仲天
受保护的技术使用者：深圳新宙邦科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/6/2