一种二次电池及用电装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种二次电池及用电装置，在钠离子二次电池中增加补钠源，通过补钠源来补充钠离子电池在首次充放电过程中因形成负极SEI膜以及不可逆化合物而消耗掉一部分活性钠，还进一步限定补钠二次电池中负极极片的残钠含量W

【技术实现步骤摘要】
一种二次电池及用电装置


[0001]本专利技术涉及钠离子电池领域，具体涉及一种二次电池及用电装置。

技术介绍

[0002]钠离子电池工作原理和锂离子电池类似，是利用钠离子在正负极之间嵌入脱出过程实现充放电。与常规的锂离子电池正极材料相比，钠离子正极材料具有储量丰富、原料易得、成本低廉的优点，这使得钠离子电池备受关注。
[0003]但同时，钠离子电池也存在与锂离子电池相同的问题，即是在首次充电时，其会在负极表面形成SEI膜，消耗掉一部分钠离子，使正极可逆容量变小；同时循环和存储过程中，也会持续的消耗钠离子来修复不断被破坏的负极SEI膜，致使活性钠不断地被消耗，进一步加剧电池容量不可逆的损失。
[0004]有鉴于此，确有必要提供一种解决上述问题的技术方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一在于：提供一种二次电池，解决目前的钠离子电池在首次充放电过程中因形成负极SEI膜以及不可逆化合物而消耗掉一部分活性钠，致使电池容量减小的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种二次电池，包括正极极片、负极极片和间隔于所述正极极片和所述负极极片之间的隔离膜，所述正极极片和/或所述负极极片中含有补钠源，所述负极极片的残钠含量为W
R
；所述残钠含量W
R
取负极极片的残留活性钠含量W
R1
和/或负极极片的残留绝对钠含量W
R2
；
[0008]所述负极极片的残留活性钠含量W
R1
＝负极极片单位面积首次脱钠量/正极极片单位面积首次脱钠量，W
R1
的取值满足以下范围：
[0009]按行业内通用测试方法：0≤W
R1
≤62％；
[0010]其中，所述行业内通用测试方法的条件为：将电池放电至其额定下限电压(即处于完全放电态)，拆解电池，取出正负极极片；以负极极片为工作电极，钠片为对电极制备成扣式电池后，以50uA电流恒流充电至2.5V，记录充电容量，为负极极片单位面积首次脱钠量；以正极极片为工作电极，钠片为对电极制备成扣式电池后，以50uA电流恒流充电至超过该二次电池额定上限电压的0.5V，记录充电容量，为正极极片单位面积首次脱钠量；
[0011]所述负极极片的残留绝对钠含量W
R2
＝负极极片单位面积绝对钠含量/正极极片单位面积绝对钠含量，W
R2
的取值满足以下范围：
[0012]按国标测试方法：20％≤W
R2
≤220％；
[0013]其中，所述国标测试方法是参考：GB/T 23367.2
‑
2009钴酸锂化学分析方法第2部分：锂、镍、锰、镁、铝、铁、钠、钙和铜量的测定，采用电感耦合等离子体原子发射光谱法将电池放电至其额定下限电压(即处于完全放电态)，拆解电池，取出正负极极片，进行ICP测试。
[0014]优选的，该二次电池还满足以下关系式：物质涂覆量比W
N/P
＝负极极片单位面积物质涂覆量/正极极片单位面积物质涂覆量，W
N/P
的取值范围为0.13～2.06。
[0015]优选的，该二次电池还满足以下关系式：物质涂覆厚度比T
N/P
＝负极极片单位面积物质涂覆厚度/正极极片单位面积物质涂覆厚度，T
N/P
的取值范围为0.16～5.72。
[0016]优选的，所述正极极片中的补钠源为二元含钠化合物、三元含钠化合物、有机钠盐类中的至少一种；所述二元含钠化合物的结构Na
x
A，其中0＜x≤3，A为O、P、F、S、Si、Sn或者N中的至少一种；所述三元含钠化合物的结构Na
x
M
y
N
z
，其中，1≤x≤8，1≤y≤6，1≤z≤6，M为Fe、Co、Cu、Ni、Mn、Zr、Mg、Al、V、Ti、Mo中的一种或多种金属元素，N为O、N、F、B、S中的一种或多种非金属元素；所述有机钠盐类包括Na2DHBN，Na2C2O4中的至少一种。
[0017]优选的，所述二元含钠化合物包括Na2O、Na2O2、NaF、Na2S、Na3N中的至少一种；所述三元含钠化合物包括Na4FeO5，Na6CoO4，Na2NiO2，Na5ReO6，Na2MnO3，Na2MoO3，Na
0.65
Ni
1.35
O2中的至少一种。
[0018]优选的，所述负极极片中的补钠源的补钠方式为钠带补钠、钠粉喷涂补钠、蒸镀补钠、负极溶剂补钠、第三电极补钠方法中的至少一种。
[0019]优选的，所述正极极片中的正极活性物质包含：层状氧化物、聚阴离子化合物和普鲁士蓝中的任意一种或者多种的混合物；其中，所述层状氧化物包括Na
x
MO2，x>0，M＝Ni、Co、Mn或者Fe；所述聚阴离子化合物为Na
x
M
y
(PO4)
Z
和/或Na2A
h
(SO4)2(H2O)2，x>0,y>0，z>0，h>0，M＝Fe、V或Mn，A为过渡金属；所述普鲁士蓝包括Na
x
MM(CN)6，其中x>0，MM＝Fe、Co、Mn或Ni。
[0020]优选的，所述负极极片中的负极活性物质包括碳基材料、合金材料、过渡金属氧化物、过渡金属硫化物、磷基材料或者钛酸盐材料中的一种或者多种负极的混合物。
[0021]优选的，所述二次电池还包括电解液，所述电解液包括钠盐和溶剂。其中，所述钠盐可为Na2DHBN、Na2C2O4等。
[0022]本专利技术的目的之二在于，提供一种包括上述任一项所述的二次电池的用电装置。
[0023]相比于现有技术，本专利技术的有益效果在于：
[0024]1)本专利技术在钠离子二次电池中增加补钠源，通过补钠源来补充钠离子电池在首次充放电过程中因形成负极SEI膜以及不可逆化合物而消耗掉一部分活性钠，还进一步限定补钠二次电池中负极极片的残钠含量W
R
，将该W
R
设计在本专利技术限定范围内，避免了因补钠过多或过少而对电池综合性能造成的影响，使得添加的钠可以直接补充电池在首次充放电过程中因形成负极SEI膜以及不可逆化合物而消耗的活性钠，弥补了材料首次充放电的容量消耗，从而获得了综合性能较优的补钠二次电池，提升了电池的首次库伦效率、循环性能、存储性能。此外，本专利技术的钠含量调控还可以补充在电池循环和存储过程中因SEI膜不断被破坏和修复而消耗的活性钠，进一步提升电池的综合性能。
[0025]2)此外，本专利技术还合理设计了正负极极片的物质涂覆量比，与负极极片的残钠含量W
R
相辅相成，使得添加的钠不仅直接补充了首次充放电过程中消耗的活性钠，还补充了在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二次电池，包括正极极片、负极极片和间隔于所述正极极片和所述负极极片之间的隔离膜，所述正极极片和/或所述负极极片中含有补钠源，其特征在于，所述负极极片的残钠含量为W
R
；所述残钠含量W
R
取负极极片的残留活性钠含量W
R1
和/或负极极片的残留绝对钠含量W
R2
；所述负极极片的残留活性钠含量W
R1
＝负极极片单位面积首次脱钠量/正极极片单位面积首次脱钠量，W
R1
的取值满足以下范围：按行业内通用测试方法：0≤W
R1
≤62％；其中，所述行业内通用测试方法的条件为：将电池放电至其额定下限电压，拆解电池，取出正负极极片；以负极极片为工作电极，钠片为对电极制备成扣式电池后，以50uA电流恒流充电至2.5V，记录充电容量，为负极极片单位面积首次脱钠量；以正极极片为工作电极，钠片为对电极制备成扣式电池后，以50uA电流恒流充电至超过该二次电池额定上限电压的0.5V，记录充电容量，为正极极片单位面积首次脱钠量；所述负极极片的残留绝对钠含量W
R2
＝负极极片单位面积绝对钠含量/正极极片单位面积绝对钠含量，W
R2
的取值满足以下范围：按国标测试方法：20％≤W
R2
≤220％；其中，所述国标测试方法是参考：GB/T 23367.2
‑
2009钴酸锂化学分析方法第2部分：锂、镍、锰、镁、铝、铁、钠、钙和铜量的测定，采用电感耦合等离子体原子发射光谱法将电池放电至其额定下限电压，拆解电池，取出正负极极片，进行ICP测试。2.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，还满足以下关系式：物质涂覆量比W
N/P
＝负极极片单位面积物质涂覆量/正极极片单位面积物质涂覆量，W
N/P
的取值范围为0.13～2.06。3.根据权利要求1或2所述的二次电池，其特征在于，还满足以下关系式：物质涂覆厚度比T
N/P
＝负极极片单位面积物质涂覆厚度/正极极片单位面积物质涂覆厚度，T
N/P
的取值范围为0.16～5.72。4.根据权利要求1或2所述的二次电池，其特征在于，所述正极极片中的补钠源为二元含钠化合物、三元含钠化合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝佳丽，姜斌，于哲勋，朱金保，刘宏勇，
申请(专利权)人：江苏塔菲尔新能源科技股份有限公司江苏塔菲尔动力系统有限公司，
类型：发明
国别省市：