一种含无定形碳基负极的钠离子电池制造技术

本发明专利技术提供了一种钠离子电池，包括正极、负极和非水电解液；所述负极包含负极活性材料，所述负极活性材料由非碳组分和碳组分组成；所述非碳组分在所述负极活性材料中的质量百分含量为x，x为0％～20％；所述碳组分包括无定形碳和石墨化碳，无定形碳在所述碳组分中的质量百分含量为y；所述非水电解液包括第一添加剂NaFSI，其在所述非水电解液中的质量百分含量为z；所述x、y和z满足0.5≤[(1

【技术实现步骤摘要】
一种含无定形碳基负极的钠离子电池


[0001]本专利技术属于二次电池
，具体涉及一种含无定形碳基负极的钠离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池在3C电子产品和电动车等领域得到了广泛的应用，且正在向储能领域渗透。然而，由于锂资源的限制，成本问题将是限制锂离子电池在储能领域应用的重要因素。因此，发展高性能、低成本的钠离子电池受到了科研院所和产业界的广泛关注。
[0003]无定形碳基负极在钠离子电池中有着优异的电化学性能，如高的比容量、低的电位等。然而无定形碳基负极具有相比于晶态碳更多的活性位点，在钠离子电池化成过程中SEI膜的形成会造成大量活性钠离子的消耗，因而无定形碳基负极在钠离子电池中常表现出低的库伦效率(<85％)，降低电池能量密度。因此开发适配无定形碳基负极的电解液及性能良好的钠离子电池非常重要。

技术实现思路

[0004]基于此，本专利技术的目的在于提供一种含无定形碳基负极的钠离子电池，其具有较高的首周库伦效率(高达91％以上)和能量密度。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案。
[0006]一种钠离子电池，包括正极、负极和非水电解液；所述负极包含负极活性材料，所述负极活性材料由非碳组分和碳组分组成；所述非碳组分在所述负极活性材料中的质量百分含量为x，x为0％～20％；所述碳组分包括无定形碳和石墨化碳，所述无定形碳在所述碳组分中的质量百分含量为y；
[0007]所述非水电解液包括第一添加剂，所述第一添加剂为双氟磺酰亚胺钠，所述双氟磺酰亚胺钠在所述非水电解液中的质量百分含量为z；
[0008]所述x、y和z满足0.5≤[(1
‑
x)/y]/z≤800。
[0009]在一些优选的实施例中，所述x、y和z满足3≤[(1
‑
x)/y]/z≤500。
[0010]在一些更优选的实施例中，所述x、y和z满足9≤[(1
‑
x)/y]/z≤140。
[0011]在一些优选的实施例中，所述非碳组分在所述负极中的质量百分含量x为0.5％～10％。
[0012]在一些实施例中，所述无定形碳在所述碳组分中的质量百分含量y为1％～80％。
[0013]在一些实施例中，所述双氟磺酰亚胺钠在所述非水电解液中的质量百分含量z为0.1％～20％。
[0014]在一些优选的实施例中，所述双氟磺酰亚胺钠在所述非水电解液中的质量百分含量z为0.1％～5％。
[0015]在一些更优选的实施例中，所述双氟磺酰亚胺钠在所述非水电解液中的质量百分含量z为0.5％～3％。
[0016]在一些实施例中，所述非碳组分为能与Na发生合金化反应的元素；优选地，所述非
碳组分选自Sn和P中的至少一种。
[0017]在一些实施例中，所述非水电解液还包括第二添加剂，所述第二添加剂选自氟代碳酸脂类化合物、硫酸酯类化合物和磷酸酯类化合物中的至少一种。
[0018]在一些实施例中，所述第二添加剂在所述非水电解液中的质量百分含量n为2％～10％。
[0019]在一些实施例中，所述n和y满足2≤n/y≤10。当在此范围内时，第二添加剂能够在含无定形碳组分颗粒的表面形成致密且连续的固体电解质界面膜，且该固体电解质膜能够保护含无定形碳组分的颗粒的结构稳定性，提升其循环性能。当n/y<2时，由于第二添加剂相对于无定形碳组分的量太少，无法在含无定形碳组分的颗粒表面形成致密且连续的固体电解质膜，保护效果较差。而当n/y>10时，第二添加剂相对于无定形碳组分的量太大，会造成成本的显著升高。
[0020]在一些实施例中，所述非水电解液还含有钠盐和有机溶剂。
[0021]在一些实施例中，所述钠盐选自高氯酸钠、六氟磷酸钠、四氟硼酸钠、六氟砷酸钠、三氟乙酸钠、四苯硼酸钠、三氟甲基磺酸钠和双(三氟甲基磺酰基)亚胺钠中的至少一种。
[0022]在一些实施例中，所述有机溶剂选自碳酸脂类溶剂、羧酸酯类溶剂和磷酸酯类溶剂中的至少一种。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0024]本专利技术提供了一种钠离子电池，专利技术人经过研究发现，同时使用含无定形碳基负极和含双氟磺酰亚胺钠(NaFSI)的非水电解液来制备钠离子电池，并通过控制NaFSI在非水电解液中的质量百分含量z、非碳组分在负极活性材料中的质量百分含量x以及无定形碳在碳组分中的质量百分含量y，使得x、y和z满足0.5≤[(1
‑
x)/y]/z≤800，能够在钠离子电池首周化成时优先在负极表面活性位点处形成优异的固体电解质界面膜，抑制副反应的进一步发生，从而提升首周库伦效率，以达到提升活性钠离子的利用率和提升钠离子电池能量密度的目的。并进一步优化获得了最佳的比例范围(首周库伦效率可高达91％以上)。此外，所述NaFSI诱导形成的固体电解质界面膜能够有效提升电池的高温存储稳定性、高温循环稳定性和倍率性能。
附图说明
[0025]图1为实施例1电池无定形碳基负极的Raman光谱；其中，D
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peak代表碳的缺陷峰；G
‑
peak代表石墨化峰。
[0026]图2为实施例1和对比例1中电池首周库伦效率检测结果。
具体实施方式
[0027]本专利技术下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。实施例中所用到的各种常用化学试剂，均为市售产品。
[0028]除非另有定义，本专利技术所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不用于限制本专利技术。
[0029]本专利技术的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
例如包含了一系列步骤的过程、方法、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤。
[0030]在本专利技术中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0031]本专利技术提供了一种钠离子电池，包括正极、负极和非水电解液；所述负极包含负极活性材料，所述负极活性材料由非碳组分和碳组分组成；所述非碳组分在所述负极活性材料中的质量百分含量为x，x为0％～20％；所述碳组分包括无定形碳和石墨化碳，所述无定形碳在所述碳组分中的质量百分含量为y；
[0032]所述非水电解液包括第一添加剂，所述第一添加剂为双氟磺酰亚胺钠，所述双氟磺酰亚胺钠在所述非水电解液中的质量百分含量为z；
[0033]所述x、y和z满足0.5≤[(1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池，包括正极、负极和非水电解液；其特征在于，所述负极包含负极活性材料，所述负极活性材料由非碳组分和碳组分组成；所述非碳组分在所述负极活性材料中的质量百分含量为x，x为0％～20％；所述碳组分包括无定形碳和石墨化碳，所述无定形碳在所述碳组分中的质量百分含量为y；所述非水电解液包括第一添加剂，所述第一添加剂为双氟磺酰亚胺钠，所述双氟磺酰亚胺钠在所述非水电解液中的质量百分含量为z；所述x、y和z满足0.5≤[(1
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x)/y]/z≤800。2.如权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述x、y和z满足3≤[(1
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x)
×
y]/z≤500。3.如权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述x、y和z满足9≤[(1
‑
x)
×
y]/z≤140。4.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张强强，刘中波，敖小虎，刘杨，郑仲天，
申请(专利权)人：深圳新宙邦科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：