钠离子电池和储能设备制造技术

本发明专利技术公开了钠离子电池和储能设备，钠离子电池包括：正极集流体；正极层，正极层包括钠元素和锂元素，基于正极层的总质量，钠元素的含量为10

【技术实现步骤摘要】
钠离子电池和储能设备


[0001]本专利技术属钠离子电池
，具体涉及一种钠离子电池和储能设备。

技术介绍

[0002]近年来，与锂离子电池相似的钠离子电池由于其低成本、电解液中较好的离子传导性以及接近于锂的低标准氧化还原电位，引起了学术和行业界极大的关注度。但由于钠离子电池首圈形成SEI膜会有不可逆的钠消耗，以及循环过程中副反应会持续消耗电化学活性钠离子，极大地影响了钠离子电池的长使用寿命。
[0003]为了解决上述技术问题，现有技术中大多采用在正极片中添加补钠添加剂，例如专利CN 113113681A提供了一种复合补钠添加剂的制备和应用，该专利技术的补钠添加剂中含有金属氧化物碳催化剂与钠盐，该金属氧化物碳催化剂为金属氧化物与碳基底的复合物。该补钠添加剂中的钠盐在钠离子电池首圈充电时即完全分解并释放出钠离子和二氧化碳气体，分解产生的二氧化碳在化成阶段即可除去，而分解产生的钠离子则可以有效解决由钠离子不可逆消耗引起的电池能量密度低、循环稳定性差的问题。
[0004]但是上述技术方案具有如下缺点：第一，补钠添加剂在首圈充电即完全分解，因此其只能在首圈充电时提供电化学活性钠离子，后续循环过程中不会持续释放电化学活性钠离子，不利于构筑长寿命钠离子电池。第二，该补钠添加剂在释放钠离子的同时也会分解产生气体，如果气体压力过大会导致电池胀气，甚至发生爆炸，具有一定的安全隐患。第三，钠离子电池负极材料表面形成的SEI膜是由含钠的有机物和无机物构成的，这种含钠的SEI膜的力学性能以及导离子性要差于锂电负极表面形成的含锂的SEI膜，因此，不宜构筑长使用寿命钠离子电池。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种钠离子电池和储能设备。本专利技术的钠离子电池中含有的锂元素提升了负极材料表面SEI膜的结构稳定性以及电池体系的钠离子传输能力，确保了电池体系中电化学活性碱性离子的充足，确保了电解液具有较高的离子电导率，提升了电池的循环稳定性以及使用寿命。
[0006]在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种钠离子电池。根据本专利技术的实施例，所述钠离子电池包括：
[0007]正极集流体；
[0008]正极层，所述正极层形成在所述正极集流体上，所述正极层包括钠元素和锂元素，基于所述正极层的总质量，所述钠元素的含量为10
‑
20wt％，所述锂元素的含量为0.1
‑
1.5wt％；
[0009]所述钠离子电池在循环电流密度为1C，且充电电压为2.0V
‑
4.0V的条件下循环预设圈数后，所述正极层中的钠元素的含量为10
‑
20wt％，所述正极层中的锂元素的含量为
0.01
‑
0.6wt％，所述预设圈数大于或等于1且小于或等于6000。
[0010]根据本专利技术实施例的钠离子电池，该钠离子电池中含有的锂元素提升了负极材料表面SEI膜的结构稳定性以及电池体系的钠离子传输能力，确保了电池体系中电化学活性碱性离子的充足，确保了电解液具有较高的离子电导率，由此提升了钠离子电池的循环稳定性以及使用寿命，提升了钠离子电池的能量密度以及首圈放电比容量，降低了钠离子电池的放电阻抗。
[0011]另外，根据本专利技术上述实施例的钠离子电池还可以具有如下附加的技术特征：
[0012]在本专利技术的一些实施例中，所述钠离子电池在循环电流密度为1C，且充电电压为2.0V
‑
4.0V的条件下循环第一预设圈数后，所述锂元素的含量为第一值；所述钠离子电池在循环电流密度为1C，且充电电压为2.0V
‑
4.0V的条件下循环第二预设圈数后，所述锂元素的含量为第二值；在所述第一预设圈数小于所述第二预设圈数的条件下，所述第一值大于所述第二值。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，在所述第一预设圈数大于或者等于500的条件下，所述第一值和所述第二值的差值的绝对值小于0.5wt％。
[0014]在本专利技术的一些实施例中，所述正极层包括正极活性材料、富锂添加剂、导电剂和粘结剂，所述正极活性材料包括所述钠元素，所述富锂添加剂包括所述锂元素。
[0015]在本专利技术的一些实施例中，基于所述正极层的总质量，所述富锂添加剂的含量为1wt％
‑
5wt％。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，所述正极活性材料、所述富锂添加剂、所述导电剂和所述粘结剂的质量比为(90
‑
97):(1
‑
5):(0.1
‑
2):(0.5
‑
3)。
[0017]在本专利技术的一些实施例中，所述富锂添加剂包括无机锂盐。
[0018]在本专利技术的一些实施例中，所述无机锂盐包括Li2NiO2、Li6CoO4、Li2CuO2、Li2Ni
x
Cu
y
O2、Li2MoO3、Li2O/M1、Li2S/M2和LiF/M3中的至少一种，其中，x+y＝1，且x大于0，y大于0，M1为Co、Fe、Ni或Mn，M2为Co或Fe，M3为Co或Fe。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，所述正极活性材料包括Na
0.95
Ni
0.159
Mn
0.317
Cu
0.158
Mg
0.158
Ti
0.208
O2、Na3V2(PO4)3、Na4V2(PO4)3、Na2Fe2(SO4)3、Na
2.5
Fe
1.75
(SO4)3、Na
3.32
Fe
2.34
(P2O7)2、Na4Fe3(PO4)2P2O7、Na4Mn3(PO4)2P2O7、Na4Ni3(PO4)2P2O7、NaNi
1/3
Fe
1/3
Mn
1/3
O2、Na
0.85
Ni
0.4
Mn
0.4
Fe
0.2
O2、Na
0.85
Ni
0.3
Mn
0.4
Fe
0.3
O2和Na
0.95
Ni
0.159
Mn
0.317
Cu
0.316
Ti
0.208
O2中的至少一种。
[0020]在本专利技术的一些实施例中，所述导电剂包括Super p炭黑、乙炔黑、科琴黑、石墨烯和导电碳管中的至少一种。
[0021]在本专利技术的一些实施例中，所述粘结剂包括PVDF、PTFE和NBR中的至少一种。
[0022]在本专利技术的再一个方面，本专利技术提出了一种储能设备。根据本专利技术的实施例，所述储能设备具有如上所述的钠离子电池。由此，所述储能设备具有所述钠离子电池的所有优点，在此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池，其特征在于，包括：正极集流体；正极层，所述正极层形成在所述正极集流体上，所述正极层包括钠元素和锂元素，基于所述正极层的总质量，所述钠元素的含量为10
‑
20wt％，所述锂元素的含量为0.1
‑
1.5wt％；所述钠离子电池在循环电流密度为1C，且充电电压为2.0V
‑
4.0V的条件下循环预设圈数后，所述正极层中的钠元素的含量为10
‑
20wt％，所述正极层中的锂元素的含量为0.01
‑
0.6wt％，所述预设圈数大于或等于1且小于或等于6000。2.根据权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述钠离子电池在循环电流密度为1C，且充电电压为2.0V
‑
4.0V的条件下循环第一预设圈数后，所述锂元素的含量为第一值；所述钠离子电池在循环电流密度为1C，且充电电压为2.0V
‑
4.0V的条件下循环第二预设圈数后，所述锂元素的含量为第二值；在所述第一预设圈数小于所述第二预设圈数的条件下，所述第一值大于所述第二值。3.根据权利要求2所述的钠离子电池，其特征在于，在所述第一预设圈数大于或者等于500的条件下，所述第一值和所述第二值的差值的绝对值小于0.5wt％。4.根据权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述正极层包括正极活性材料、富锂添加剂、导电剂和粘结剂，所述正极活性材料包括所述钠元素，所述富锂添加剂包括所述锂元素。5.根据权利要求4所述的钠离子电池，其特征在于，基于所述正极层的总质量，所述富锂添加剂的含量为1
‑
5wt％。6.根据权利要求4所述的钠离子电池，其特征在于，所述正极活性材料、所述富锂添加剂、所述导电剂和所述粘结剂的质量比为(90
‑
97):(1
‑
5):(0.1
‑
2):(0.5
‑
3)。7.根据权利要求4
‑
6中任一项所述的钠离子电池，其特征在于，所述富锂添加剂包括无机锂盐。8.根据权利要求7所述的钠离子电池，其特征在于，所述无机锂盐包括Li2NiO2、Li6CoO4、Li2CuO2、Li2Ni
x
Cu
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘枭枭，易梓琦，
申请(专利权)人：厦门海辰储能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：