一种钠离子电池的化成方法、制备方法和钠离子电池技术

本发明专利技术提供了一种钠离子电池的化成方法、制备方法和钠离子电池，包括以下步骤：将钠离子电芯放置在化成柜中进行充电，充电电压达到截止电压后，继续充电至化成上限电压，其中，所述化成上限电压大于所述截止电压；然后再放电至下限电压，完成钠离子电池的化成。相比于现有技术，本发明专利技术提供的钠离子电池化成方法，分为两步充电化成，在截止电压的基础上化成结束后，继续提升电压至化成上限电压进行化成，如此可使得正极材料中富余的钠离子脱出，进而提高了首次充电容量，弥补了首圈的不可逆容量损失，同时也提升首次充电效率，可提高1～10％。可提高1～10％。可提高1～10％。

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池的化成方法、制备方法和钠离子电池


[0001]本专利技术涉及钠离子电池领域，具体涉及一种钠离子电池的化成方法、制备方法和钠离子电池。

技术介绍

[0002]钠离子电池因其钠资源丰富、成本低、安全性能好等优势而在储能领域有着广泛的应用前景，其工作原理与锂离子电池相似，利用钠离子在正负极之间可逆的嵌入脱出来实现能量的存储与释放。然而，钠离子电池在首次充放电过程中，由于其在负极处会形成固态电解质膜(SEI膜)，会消耗一部分钠离子，从而造成正极材料钠的损失，因此降低了电池的能量密度。
[0003]针对上述问题，为提高钠离子电池的能量密度，目前所报道的方法主要有：(1)负极补钠；(2)溶剂补钠；(3)正极补钠。然而上述方法均需要在钠离子电池体系中引入外部钠源，一方面工艺繁琐，另一方面外部钠源如金属钠存在安全风险。
[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：提供一种钠离子电池的化成方法，以解决目前钠离子电池首次循环效率低及首次放电容量低的问题，通过本化成方法可以充分将正极材料中富余的钠离子脱出，从而弥补首次循环的钠离子的不可逆容量损失。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种钠离子电池的化成方法，包括以下步骤：将钠离子电芯放置在化成柜中进行充电，充电电压达到截止电压后，继续充电至化成上限电压，其中，所述化成上限电压大于所述截止电压；然后再放电至下限电压，完成钠离子电池的化成。
[0008]优选的，在所述截止电压下钠离子电池的正极对钠的电压为V1，在所述化成上限电压下钠离子电池的正极对钠的电压为V2，V2
‑
V1≥0.45V。
[0009]优选的，所述钠离子电芯采用的正极材料为Na
x
MM
’
(CN)6时，MM
’
＝Fe、Co、Mn、Ni中的至少一种，x≥1，所述V1为3.6～4.0V，所述V2为4.1～4.8V。
[0010]优选的，所述钠离子电芯采用的正极材料为Na
x
MO2时，M＝Ni、Co、Mn、Fe、Cu、Ti、V中的至少一种，0＜x≤1；所述V1为3.8～4.3V，所述V2为4.1～4.8V。
[0011]优选的，充电电流为0.01～1C。
[0012]本专利技术的目的之二在于，提供一种钠离子电池的制备方法，包括上述任一项所述的钠离子电池的化成方法。
[0013]本专利技术的目的之三在于，提供一种由上述所述的钠离子电池的制备方法制备得到的钠离子电池。
[0014]优选的，钠离子电池采用的电解液包括钠盐、碳酸酯溶剂和添加剂。
[0015]优选的，所述钠盐为NaPF6、NaClO4、NaBF4、NaFSI、NaTFSI、NaSO3CF3和Na(CH3)
C6H4SO3中的至少一种，所述钠盐的浓度≥1.2mol/L。
[0016]优选的，所述添加剂包括第一添加剂和第二添加剂，所述第一添加剂为氟代碳酸乙烯酯或双氟碳酸乙烯酯，所述第二添加剂为氟代环三磷腈、六氟环三磷腈、五氟乙氧基环三磷腈、五氟苯氧基环三磷腈中的至少一种。
[0017]优选的，所述第一添加剂的质量为所述电解液总质量的1～5％，所述第二添加剂的质量为所述电解液总质量的2～10％。
[0018]本专利技术的有益效果在于：
[0019]1)本专利技术提供的钠离子电池化成方法，分为两步充电化成，在截止电压的基础上化成结束后，继续提升电压至化成上限电压进行化成，如此可使得正极材料中富余的钠离子脱出，进而提高了首次充电容量，弥补了首圈的不可逆容量损失，同时也提升首次充电效率，可提高1～10％。
[0020]2)基于高充电电压化成给体系带来的不稳定性，本专利技术提供的钠离子电池同时配备了耐高电压的电解液体系，如此在使用高化成电压将正极材料中富余钠离子脱出时，可以防止因首圈过充造成的电解质分解和正极过渡金属溶解的问题，从而防止过充电导致的循环寿命衰减问题。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例1和对比例1首圈的充放电曲线图。
[0022]图2为本专利技术实施例1和对比例1常温循环容量保持率曲线图。
具体实施方式
[0023]本专利技术第一方面提供了一种钠离子电池的化成方法，包括以下步骤：将钠离子电芯放置在化成柜中进行充电，充电电压达到截止电压后，继续充电至化成上限电压，其中，所述化成上限电压大于所述截止电压；然后再放电至下限电压，完成钠离子电池的化成。
[0024]本专利技术所述的截止电压根据钠离子电芯采用的正极材料、负极材料不同，具体所充电到的电压也有所不同。本专利技术所述的截止电压是指正极电位与负极电位的差值，比如当正极为普鲁士蓝材料(普鲁士蓝vs.Na
+
/Na的电压为4.05V)，负极为硬碳(硬碳vs.Na
+
/Na的电压为0.05V)时，则截止电压为4.0V＝4.05V
‑
0.05V；再比如当正极为普鲁士蓝材料(普鲁士蓝vs.Na
+
/Na的电压为4.05V)，负极为锡(Sb vs.Na
+
/Na的电压为0.5V)时，则截止电压为3.55V＝4.05V
‑
0.5V。而所述的化成上限电压是指继续提升截止电压后的电压，优选的，将电压提升至电池的过充状态，可更大程度的将富余的钠离子脱出。
[0025]优选的，在所述截止电压下钠离子电池的正极对钠的电压为V1，在所述化成上限电压下钠离子电池的正极对钠的电压为V2，V2
‑
V1≥0.45V。
[0026]在一些实施例中，所述钠离子电芯采用的正极材料为Na
x
MM
’
(CN)6时，MM
’
＝Fe、Co、Mn、Ni中的至少一种，x≥1，所述V1为3.6～4.0V，所述V2为4.1～4.8V。
[0027]在一些实施例中，所述钠离子电芯采用的正极材料为Na
x
MO2时，M＝Ni、Co、Mn、Fe、Cu、Ti、V中的至少一种，0＜x≤1；所述V1为3.8～4.3V，所述V2为4.1～4.8V。常见的层状氧化物正极可为Na
0.66
Fe
0.5
Mn
0.5
O2,、Na
0.6
MnO2。
[0028]进一步地，充电电流为0.01～1C。优选的，该充电电流以小电流充电为主，为0.01
～0.3C，以使得钠离子电池体系更好的生成致密而稳定的SEI膜，同时为后续提高电压的过充电提供更稳定的体系基础。更优选的，该充电电流为0.1C。
[0029]本专利技术第二方面提供了一种钠离子电池的制备方法，包括上述任一项所述的钠离子电池的化成方法。
[0030]本专利技术第三方面提供了一种由上述所述的钠离子电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池的化成方法，其特征在于，包括以下步骤：将钠离子电芯放置在化成柜中进行充电，充电电压达到截止电压后，继续充电至化成上限电压，其中，所述化成上限电压大于所述截止电压；然后再放电至下限电压，完成钠离子电池的化成。2.根据权利要求1所述的钠离子电池的化成方法，其特征在于，在所述截止电压下钠离子电池的正极对钠的电压为V1，在所述化成上限电压下钠离子电池的正极对钠的电压为V2，V2
‑
V1≥0.45V。3.根据权利要求2所述的钠离子电池的化成方法，其特征在于，所述钠离子电芯采用的正极材料为Na
x
MM
’
(CN)6时，MM
’
＝Fe、Co、Mn、Ni中的至少一种，x≥1，所述V1为3.6～4.0V，所述V2为4.1～4.8V。4.根据权利要求2所述的钠离子电池的化成方法，其特征在于，所述钠离子电芯采用的正极材料为Na
x
MO2时，M＝Ni、Co、Mn、Fe、Cu、Ti、V中的至少一种，0＜...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂阳，徐雄文，
申请(专利权)人：湖南立方新能源科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：