一种钠离子电池及其制备方法技术

本申请公开了一种钠离子电池及其制备方法，属于钠离子电池技术领域。该制备方法包括提供待化成的钠离子电池和对所述待化成的钠离子电池进行梯度化成制得所述钠离子电池，所述梯度化成包括多个充放电步骤，在不同温度下对待化成的钠离子电池进行充放电。该制备方法能够改进硬碳的层间结构，提高储存钠离子的能力，加快钠离子在硬碳结构中的迁移速度，有效减轻在硬碳微孔中死钠现象的发生，提高钠离子电池的首效和能量密度。电池的首效和能量密度。

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池及其制备方法


[0001]本申请涉及一种钠离子电池及其制备方法，属于钠离子电池


技术介绍

[0002]钠离子电池是一种新型的二次储能电池，具有原料成本低，安全性能高等优势，在大规模储能应用方面具有广阔的前景。钠离子的离子半径比锂离子的半径大，导致石墨不再适合作为电池的负极材料，而硬碳具有较大的层间距和丰富的微孔，成为钠离子电池负极主材的首选。
[0003]钠离子储存在硬碳中的方式有两种，一种是插层嵌入，另一种是孔隙填充，其中孔隙填充是影响钠离子电池首效的主要原因，如何提高填充度，同时减少死钠的存在，对提高钠离子电池的能量密度起到积极的作用。同时，提高钠离子嵌入硬碳层间的效率，对提高钠离子电池的能量密度起到关键作用。然而，相比于锂离子电池，钠离子电池具有较低的能量密度，使其在大规模商业化应用的速度较慢，如何提高钠离子电池的能量密度，日益受到科研人员的广泛关注。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，提供了一种钠离子电池的制备方法，该方法能够改进硬碳的层间结构，提高储存钠离子的能力，加快钠离子在硬碳结构中的迁移速度，有效减轻在硬碳微孔中死钠现象的发生，提高钠离子电池的首效和能量密度。
[0005]根据本申请的一个方面，提供了一种钠离子电池的制备方法，该制备方法包括提供待化成的钠离子电池和对所述待化成的钠离子电池进行梯度化成制得所述钠离子电池，所述梯度化成包括下述步骤：
[0006]S1：在温度25
‑
40℃下，以0.01
‑<br/>0.02C的倍率将所述待化成的钠离子电池充电20
‑
40min；
[0007]S2：在温度41
‑
49℃下，以0.02
‑
0.05C的倍率将S1制得的钠离子电池充电50
‑
60min；
[0008]S3：在温度50
‑
55℃下，以0.05
‑
0.08C的倍率将S2制得的钠离子电池充电1.5
‑
2h；
[0009]S4：在温度56
‑
60℃下，以0.1
‑
0.2C的倍率将S3制得的钠离子电池充电4
‑
9h；
[0010]S5：在温度60
‑
65℃下，以0.02C的倍率将S4制得的钠离子电池恒压充满；和
[0011]S6：在温度35
‑
40℃下，以0.1
‑
0.2C的倍率对S5制得的钠离子电池放电，即制得所述钠离子电池。
[0012]可选地，所述梯度化成包括下述步骤：
[0013]S1：在温度30
‑
35℃下，以0.01
‑
0.02C的倍率将所述待化成的钠离子电池充电25
‑
35min；
[0014]S2：在温度41
‑
45℃下，以0.02
‑
0.03C的倍率将S1制得的钠离子电池充电55
‑
60min；
[0015]S3：在温度53
‑
55℃下，以0.05
‑
0.06C的倍率将S2制得的钠离子电池充电1.75
‑
2h；
[0016]S4：在温度58
‑
60℃下，以0.15
‑
0.2C的倍率将S3制得的钠离子电池充电8
‑
9h；
[0017]S5：在温度63
‑
65℃下，以0.02C的倍率将S4制得的钠离子电池恒压充满；和
[0018]S6：在温度35
‑
40℃下，以0.1
‑
0.15C的倍率对S5制得的钠离子电池放电，即制得所述钠离子电池。
[0019]可以理解的是，本申请的S1
‑
S5步骤的充电时间及S6步骤的放电时间是本领域技术人员根据本申请的保护范围之下选择的倍率来调整其时间确保电池的充放电完全，并不等同于每个充放电的步骤都能同时达到本申请的保护范围的极限值。
[0020]在充电过程的S1
‑
S4步骤中，初期温度较低，能初步激活正负极的物质，随着温度逐渐上升，在进一步激活正负极物质的同时，还能促进激发后的正负极物质之间的粘合，形成致密均匀的SEI膜，提高SEI膜的导电性及稳定性；温度分段上升充电可逐渐提高钠离子在硬碳结构中的迁移速度，能充分激发电池内的钠离子迁移，避免出现死钠。充电倍率分段上升，能提高电池的容量，降低电池容量的不可逆损失，提高电池的生产效率，进一步延长充电时间可促使硬碳结构中储存和容纳更多的钠离子，提高钠离子电池的首效和能量密度。
[0021]在充电过程的S5步骤中，充电温度进一步提高，能充分激活电池的正负极物质，在较低的充电倍率下将钠离子电池恒压充满，并且充电时间较长，可以使激活后的正负极物质处于稳定的状态，制得的钠离子电池稳定性更好，并且本申请无高温老化过程，本申请的梯度化成阶段的高温也不等同于普通电池的老化过程。
[0022]在放电过程的S6步骤中，在高于室温的温度和放电倍率下对钠离子电池进行放电，使钠离子电池放电彻底，在放电过程中钠离子的迁移速度进一步加快，提高电池中钠离子的利用效率。
[0023]可选地，所述S5步骤中的充电时间为0.5
‑
2h；
[0024]可选地，所述S6步骤中的放电时间为5
‑
10h。
[0025]可选地，所述S1步骤中，在温度35℃下，以0.01C的倍率将所述钠离子电池充电30min；
[0026]所述S2步骤为在温度45℃下，以0.02C的倍率将所述钠离子电池充电60min；
[0027]所述S3步骤为在温度55℃下，以0.05C的倍率将所述钠离子电池充电2h；
[0028]所述S4步骤为在温度60℃下，以0.1C的倍率将所述钠离子电池充电8.75h；
[0029]所述S5步骤为在温度65℃下，以0.02C的倍率将所述钠离子电池恒压充满；
[0030]所述S6步骤为在温度40℃下，以0.1C的倍率对所述钠离子电池放电。
[0031]在该充电过程中，正负极物质能够充分激活的同时，SEI膜的导电性及稳定性达到最佳；同时电池的容量最大，电池的生产效率高，钠离子电池的首效和能量密度达到最高；并且制得的钠离子电池稳定性更好，电池的一致性更高，循环寿命更长。
[0032]可选地，所述S1
‑
S5步骤中，每一步骤充电完成后在10
‑
25℃下静置5
‑
10min后进行下一步骤。每一充放电步骤完成后在10
‑
25℃下静置一段时间能稳定电池中的电解液，避免造成电解液的过度分解，延长电池的使用寿命，进一步也能使激活的正负极物质逐步趋于稳定状态，提高正负极物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池的制备方法，其特征在于，其包括提供待化成的钠离子电池和对所述待化成的钠离子电池进行梯度化成制得所述钠离子电池，所述梯度化成包括下述步骤：S1：在温度25
‑
40℃下，以0.01
‑
0.02C的倍率将所述待化成的钠离子电池充电20
‑
40min；S2：在温度41
‑
49℃下，以0.02
‑
0.05C的倍率将S1制得的钠离子电池充电50
‑
60min；S3：在温度50
‑
55℃下，以0.05
‑
0.08C的倍率将S2制得的钠离子电池充电1.5
‑
2h；S4：在温度56
‑
60℃下，以0.1
‑
0.2C的倍率将S3制得的钠离子电池充电4
‑
9h；S5：在温度60
‑
65℃下，以0.02C的倍率将S4制得的钠离子电池恒压充满；S6：在温度35
‑
40℃下，以0.1
‑
0.2C的倍率对S5制得的钠离子电池放电，即制得所述钠离子电池。2.根据权利要求1所述的钠离子电池的制备方法，其特征在于，所述S5步骤中的充电时间为0.5
‑
2h；和/或所述S6步骤中的放电时间为5
‑
10h。3.根据权利要求1所述的钠离子电池的制备方法，其特征在于，所述S1步骤中，在温度35℃下，以0.01C的倍率将所述钠离子电池充电30min；所述S2步骤为在温度45℃下，以0.02C的倍率将所述钠离子电池充电60min；所述S3步骤为在温度55℃下，以0.05C的倍率将所述钠离子电池充电2h；所述S4步骤为在温度60℃下，以0.1C的倍率将所述钠离子电池充电8.75h；所述S5步骤为在温度65℃下，以0.02C的倍率将所述钠离子电池恒压充满；所述S6步骤为在温度40℃下，以0.1C的倍率对所述钠离子电池放电。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的钠离子电池的制备方法，其特征在于，所述S1
‑
S5步骤中，每一步骤充电完成后在10
‑
25℃下静置5
‑
10min后进行下一步骤；和/或所述化成阶段的S1
‑
S6步骤循环进行至少循环两次，所述前...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立君，时爽二，戚昌伟，马春响，王瑛，
申请(专利权)人：山东玉皇新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：