钠二次电池及用电装置制造方法及图纸

本申请提供了一种钠二次电池及用电装置

【技术实现步骤摘要】
钠二次电池及用电装置


[0001]本申请涉及二次电池
，尤其涉及一种钠二次电池及用电装置
。

技术介绍

[0002]近年来，二次电池广泛应用于水力
、
火力
、
风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具
、
电动自行车
、
电动摩托车
、
电动汽车
、
军事装备
、
航空航天等多个领域
。
[0003]在资源和成本问题上，钠二次电池比锂二次电池具有更大的优势，但是钠二次电池产气严重，限制了其进一步应用
。

技术实现思路

[0004]本申请是鉴于上述课题而进行的，其目的在于，提供一种钠二次电池，用于减少钠二次电池产气现象，提升电池的循环稳定性
。
[0005]本申请的第一方面提供一种钠二次电池，包括负极极片和电解液，其中，所述负极极片包括负极集流体以及设置于所述负极集流体至少一侧的负极膜层，所述负极膜层包括
Si
元素；所述电解液包括第一组分，所述第一组分为式Ⅰ所示的化合物，式Ⅰ其中
R1、R2、R3、R4各自独立地包含氢原子
、
卤原子
、C1‑6烷基
、C1‑6卤代烷基
、C1‑6烷氧基
、C2‑6烯基或
C2‑6炔基，且
R1、R2、R3和
R4不同时表示氢原子
。
[0006]在负极膜层中引入硅元素，可以诱导钠离子的沉积，有助于抑制钠枝晶形成，减少因钠枝晶产生的不稳定组分在负极的氧化产气，从而减少放电过程中负极的产气量
。
另外在电解液中引入具有优异的抗氧化性能的式Ⅰ所示的化合物，可以降低电解液在正极表面发生氧化反应的速率，减少质子氢的产生，进而减少质子氢迁移到负极表面发生还原反应生成不稳定组分的可能性，减少不稳定组分在负极表面的发生副反应而带来的产气现象，但是式Ⅰ所示的化合物在负极表面很难形成稳定的固体电解质膜（
SEI
），会在负极表面持续进行还原反应带来产气，而负极膜层中的硅元素能诱导式Ⅰ所示的化合物在负极表面发生还原反应生成更为稳定的固体电解质膜（
SEI
），可以降低电池循环过程中式Ⅰ所示的化合物持续发生还原反应带来产气现象的可能性，提高负极表面的稳定性
。
[0007]硅元素可以抑制钠枝晶的形成，可以有效拓宽电池低温析钠窗口，并且式Ⅰ所示的化合物具有宽的液程，具有良好的解离钠盐能力，能够提高电解液在低温下的电导率，拓宽
电池低温析钠窗口
。
[0008]综上所述，负极膜层的硅元素和式Ⅰ所示的化合物的共同作用可以降低电池高温存储后的体积膨胀率，提高电池的低温充电性能，提高电池的循环稳定性
。
[0009]在任意实施方式中，钠二次电池满足如下关系式：
0.05≤a2+b
1/3
≤0.75
，其中，
a
为所述第一组分的质量含量，基于所述电解液的质量计；
b
为所述
Si
元素的质量含量，基于所述负极膜层的质量计
。
[0010]a2+b
1/3
的值在合适范围内，通过负极中硅元素与第一组分中的式Ⅰ所示的化合物协同作用，可以提高电池的低温充电性能，提高电池的能量密度，同时兼顾低的高温存储后电池体积膨胀率和优异的常温循环容量保持率
。
[0011]在任意实施方式中，基于所述负极膜层的质量计，所述
Si
元素的质量含量
b
为
1ppm
‑
3000ppm
，可选为
10ppm
‑
1000ppm。
[0012]负极膜层中硅元素的质量含量
b
在合适范围内时，既能减少硅元素含量过高对二次电池容量和阻抗的负面影响，又能充分发挥硅元素抑制枝晶减少产气的作用，减少电池产气的同时，提升电池的低温充电性能和常温循环容量保持率
。
[0013]在任意实施方式中，基于所述电解液的质量计，所述第一组分的质量含量
a
为
5%
‑
80%
，可选为
10%
‑
50%。
[0014]第一组分的质量含量
a
在合适范围内时，不仅能提高电解液的耐氧化性能，减少质子氢的产生；同时合适质量含量的第一组分使得电解液具有优异的电导率，提升低温充电性能和常温循环容量保持率
。
[0015]在任意实施方式中，第一组分包括如下化合物中的一种或多种：式
Ⅰ‑
1、
式
Ⅰ‑
2、
式
Ⅰ‑
3、
式
Ⅰ‑
4、
式
Ⅰ‑
5、
式
Ⅰ‑
6。
[0016]在任意实施方式中，基于所述负极膜层的总质量计，所述负极膜层中硅元素的质量占比为
b
；所述负极极片包含负极活性材料，所述负极活性材料在
0.1V
‑
0.005V
电压区间先以
0.05C
倍率放电，然后以
40
μ
A、10
μ
A
电流放电的三段式逐步放电法测得的放电比容量为
c mAh/g
，且
b
与
c
满足：
10
‑4≤b
1/3
/c≤10
‑3。
[0017]负极膜层中的硅元素可以诱导钠离子在负极的沉积，有助于抑制钠枝晶形成，进而减少因钠枝晶产生的不稳定组分
。b
1/3
/c
的值在合适范围内时，可以通过负极硅元素与负极活性材料容量的搭配，钠二次电池在保持高能量密度的同时实现电池低产气与高循环稳定性的兼顾
。
[0018]在任意实施方式中，所述负极活性材料在
0.1V
‑
0.005V
电压区间先以
0.05C
倍率放电，然后以
40
μ
A、10
μ
A
电流放电的三段式逐步放电法测得的放电比容量
c mAh/g
为
100mAh/g
‑
300mAh/g
，可选为
130mAh/g
‑
250mAh/g。
[0019]负极活性材料在
0.1V
‑
0.005V
电压区间先以
0.05C
倍率放电，然后以
40
μ
A、10
μ
A
电流放电的三段式逐步放电法测得的放电比容量
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种钠二次电池，其特征在于，包括负极极片和电解液，其中，所述负极极片包括负极集流体以及设置于所述负极集流体至少一侧的负极膜层，所述负极膜层包括
Si
元素；所述电解液包括第一组分，所述第一组分为式Ⅰ所示的化合物，式Ⅰ其中
R1、R2、R3、R4各自独立地包含氢原子
、
卤原子
、C1‑6烷基
、C1‑6卤代烷基
、C1‑6烷氧基
、C2‑6烯基或
C2‑6炔基，且
R1、R2、R3和
R4不同时表示氢原子
。2.
根据权利要求1所述的钠二次电池，其特征在于，所述钠二次电池满足如下关系式：
0.05≤a2+b
1/3
≤0.75
，其中，
a
为所述第一组分的质量含量，基于所述电解液的质量计；
b
为所述
Si
元素的质量含量，基于所述负极膜层的质量计
。3.
根据权利要求1或2所述的钠二次电池，其特征在于，基于所述负极膜层的质量计，所述
Si
元素的质量含量
b
为
1ppm
‑
3000ppm。4.
根据权利要求1或2所述的钠二次电池，其特征在于，基于所述负极膜层的质量计，所述
Si
元素的质量含量
b
为
10ppm
‑
1000ppm。5.
根据权利要求1或2所述的钠二次电池，其特征在于，基于所述电解液的质量计，所述第一组分的质量含量
a
为
5%
‑
80%。6.
根据权利要求1或2所述的钠二次电池，其特征在于，基于所述电解液的质量计，所述第一组分的质量含量
a
为
10%
‑
50%。7.
根据权利要求1或2所述的钠二次电池，其特征在于，所述第一组分包括如下化合物中的一种或多种：式
Ⅰ‑
1、
式
Ⅰ‑
2、
式
Ⅰ‑
3、
式
Ⅰ‑
4、
式
Ⅰ‑
5、
式
Ⅰ‑
6。8.
根据权利要求1或2所述的钠二次电池，其特征在于，基于所述负极膜层的总质量计，所述负极膜层中硅元素的质量占比为
b
；所述负极极片包含负极活性材料，所述负极活性材料在
0.1V
‑
0.005V
电压区间先以
0.05C
倍率放电，然后以
40
μ
A、10
μ
A
电流放电的三段式逐步放电法测得的放电比容量为
c mAh/g
，且
b
与
c
满足： 10
‑4≤b
1/3
/c≤10
‑3。9.
根据权利要求8所述的钠二次电池，其特征在于，所述负极活性材料在
0.1V
‑
0.005V
电压区间先以
0.05C
倍率放电，然后以
40
μ
A、10
μ
A
电流放电的三段式逐步放电法测得的放电比容量
c mAh/g
为
100mAh/g
‑
300mAh/g。10.
根据权利要求8所述的钠二次电池，其特征在于，所述负极活性材料在
0.1V
‑
0.005V
电压区间先以
0.05C
倍率放电，然后以
40
μ
A、10
μ
A
电流放电的三段式逐步放电法测得的放电比容量
c mAh/g
为
130mAh/g
‑
250mAh/g。11.
根据权利要求8所述的钠二次电池，其特征在于，所述负极活性材料包括硬碳或硬碳的掺杂改性材料
。12.
根据权利要求1或2所述的钠二次电池，其特征在于，所述钠二次电池还包括正极极片，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴凯，邹海林，铁志伟，陈培培，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：