一种钠离子电池的制备方法及钠离子电池技术

本发明专利技术公开了一种钠离子电池的制备方法及钠离子电池，属于电材料化学技术领域，所述制备方法包括钠离子电池的制备方法，依次包括制备电芯、电芯注液、电芯开口化成、电芯封口及电芯分容步骤，所述制备电芯步骤中，电芯的负极材料为硬碳；所述电芯开口化成步骤包括顺次循环执行的充电步骤和放电步骤，所述充电步骤和放电步骤顺次循环3

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池的制备方法及钠离子电池


[0001]本专利技术涉及电材料化学
，具体是一种钠离子电池的制备方法及钠离子电池。

技术介绍

[0002]钠离子电池（Sodium
‑
ion battery），是一种二次电池（充电电池），具有价格低、储量丰富的优点，可用于储能系统、低速电动车等领域。其主要依靠钠离子在正极和负极之间移动来工作：在充电过程中，钠离子从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极；在放电过程中，钠离子从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极。
[0003]由于钠的标准电极电势比锂高，且钠的摩尔质量比锂大，所以钠离子电池的能量密度普遍比锂离子电池低，此外，钠离子电池还有首次充放电效率（首效）偏低、长循环稳定性较差等缺点，其在动力电池领域的发展进而受限，发展速度较缓慢。
[0004]在钠离子电池的制备过程中，化成过程是后段工序中比较重要的一环，化成的目的主要是在活性物质表面形成稳定的固态电解质膜（SEI膜），SEI膜具有良好的离子导电性和电子绝缘性，可以阻止电池后续副反应的发生，SEI的结构直接影响电池的寿命、稳定性、自放电和安全性能。
[0005]专利CN113851744A公布了一种锂离子电池的化成方法及其应用，该方法通过四次恒流充电，最终充电至电池荷电状态为90%，再恒流放电至荷电状态为65
‑
75%，化成完成。该化成方法有效改善了电池循环过程中电芯的变形问题，并降低循环过程中的厚度膨胀率，没有提及电池的循环稳定性和首效的问题。专利CN107658504A公开了一种用于抑制钛酸锂电池胀气的化成老化方法，通过在化成过程中采用先大电流后小电流充电的方式并在后期采用开口老化有利于形成致密稳定的SEI膜，阻止了电解液在负极位置发生的化学反应，从而达到抑制产气降低膨胀的目的。但是该化成方法需要额外再对电池进行老化，步骤繁琐，增加了制造成本。专利CN113839097A公开了一种电动自行车电池制备方法，方法中针对串联电池模组提供了化成方法，包括分段充电和分段放电过程，并在充放电过程中分别设备了充放电电流和截止电压大小，改善了电池高温的性能，并改善了低SOC、低电压下电动车突然断电的情况。但该化成方法针对的是锂电池串联模组，相比于单体电池而言，其电压高得多，因此该化成方法并不适用于单体电池。以上3篇专利都是锂离子电池的化成方法，众所周知，锂离子电池并不存在首效低和循环寿命低的问题。锂离子电池的负极为石墨，其分子结构为高度有序的层状结构，石墨层之间的键能很小，锂离子可以很容易在石墨层之间进行脱嵌。而且石墨的储锂机制只有一步，即“插层”反应，石墨可以轻松在石墨层间进行可逆的插入和脱出。而由于钠离子半径（0.102nm）比锂离子（0.067nm）大得多，石墨层间距较小，钠离子不能在石墨层间进行较好的脱嵌，因此石墨不适用于钠离子电池的负极。当前，钠离子电池普遍适用的负极为硬碳，硬碳是一种无序的石墨碳，具有不规则的多晶结构，包含大量的缺陷、棱柱状表面和封闭的孔隙。由于其复杂的结构，其储钠机制包含3个步骤，即“吸附”、“插层”和“孔填充”，导致钠离子电池的储钠机制与锂离子电池大不相同。因此，钠
离子电池的化成工艺不能照搬现有的锂离子电池的化成方法。
[0006]针对上述问题，现有技术中提出了一些钠离子电池的化成工艺来提高钠离子电池的首效和循环寿命，如专利CN113823856A，其提出在充电过程中当充电电压达到截止电压后，继续充电至化成上限电压来提高钠离子电池的首次充电容量，但是充电电压过高会造成电解液持续分解，最终会导致钠离子电池的循环寿命下降，由于充电电压较高，该技术文献中还设计了一种高压电解液进行配合使用，但高压电解液中耐高压添加剂的使用会导致电解液的粘性增大，影响离子传输，最终会导致电池导电性能不好，进而影响到最终的使用效果，且该方法不适合大规模量产；又如专利CN114976267A，其记载了在化成时分为两步充电和两步放电，在充电至电压较高时使用更高的电压进行低温恒压脉冲充电；在放电至2.5
‑
3.0V时使用更低的电压进行高温恒压脉冲放电，以这种方法来提升钠离子电池的首次容量、充放电效率及循环寿命。但是这种大电流恒压充电方法在充电初期充电电流过大，会导致电池的极化电压迅速升高，超出了电池的限制电压，会直接影响电池的使用寿命和质量。此外，该种方法需要控制边界条件，需要在较短的时间内在高低温之间进行切换，对设备和环境要求极高，实际操作难以实现。
[0007]因此，基于现有技术存在的不足，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种钠离子电池的制备方法，该制备方法能有效解决钠离子电池首效低、循环稳定性差的问题，并节省了生产工序和制造成本。同时本专利技术基于该钠离子电池的制备方法，公开了一种钠离子电池，该钠离子电池就该制备方法制备，进而具有较好的循环寿命和倍率性能，延长了电池使用寿命。
[0009]本专利技术的目的主要通过以下技术方案实现：钠离子电池的制备方法，依次包括制备电芯、电芯注液、电芯开口化成、电芯封口及电芯分容步骤，所述制备电芯步骤中，电芯的负极材料为硬碳；所述电芯开口化成步骤包括顺次循环执行的充电步骤和放电步骤，所述充电步骤和放电步骤顺次循环3
‑
5次，且两个循环之间电芯静置至少30min；其中，所述充电步骤包括：以第一充电电流恒流充电至第一充电截止电压；以第二充电电流恒流充电至第二充电截止电压；在第一充电截止电压和第二充电截止电压之间以第三充放电电流恒流浅循环充放电3
‑
4次；以第四充电电流恒流充电至第三充电截止电压，再以第三充电截止电压恒压充电至截止电流小于0.01C；所述放电步骤包括：以第一放电电流恒流放电至放电截止电压；以第二放电电流恒流放电至放电截止电压；以第三放电电流恒流放电至放电截止电压。
[0010]基于该制备方法，所述电芯开口化成步骤时位于真空状态下进行化成，化成压力
为
‑
50kPa~
‑
90kPa，环境露点低于
‑
40℃。
[0011]基于该制备方法，所述第一充电电流的倍率大小为1
‑
2C，第一充电截止电压为3
‑
3.4V；所述第二充电电流的倍率大小为0.1
‑
0.8C，第二充电截止电压为3.5
‑
3.8V；所述第三充放电电流的倍率大小为0.01
‑
0.5C；所述第四充电电流倍率大小为0.5
‑
1C，第三充电截止电压为3.8
‑
4.2V。
[0012]基于该制备方法，所述放电截止电压为1.5
‑
2V；所述第一放电电流的倍率大小为0.5
‑
2C，所述第二放电电流的倍率大小为0.1
‑
0.5C，所述第三放电电流的倍率大小为0.01
‑
0.1C。
[0013]基于该制备方法，所述充电步骤中，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制备方法，依次包括制备电芯、电芯注液、电芯开口化成、电芯封口及电芯分容步骤，其特征在于，所述制备电芯步骤中，电芯的负极材料为硬碳；所述电芯开口化成步骤包括顺次循环执行的充电步骤和放电步骤，所述充电步骤和放电步骤顺次循环3
‑
5次，且两个循环之间电芯静置至少30min；其中，所述充电步骤包括：以第一充电电流恒流充电至第一充电截止电压；以第二充电电流恒流充电至第二充电截止电压；在第一充电截止电压和第二充电截止电压之间以第三充放电电流恒流浅循环充放电3
‑
4次；以第四充电电流恒流充电至第三充电截止电压，再以第三充电截止电压恒压充电至截止电流小于0.01C；所述放电步骤包括：以第一放电电流恒流放电至放电截止电压；以第二放电电流恒流放电至放电截止电压；以第三放电电流恒流放电至放电截止电压。2.根据权利要求1所述的钠离子电池的制备方法，其特征在于，所述电芯开口化成步骤时位于真空状态下进行化成，化成压力为
‑
50kPa~
‑
90kPa，环境露点低于
‑
40℃。3.根据权利要求1所述的钠离子电池的制备方法，其特征在于，所述第一充电电流的倍率大小为1
‑
2C，第一充电截止电压为3
‑
3.4V；所述第二充电电流的倍率大小为0.1
‑
0.8C，第二充电截止电压为3.5
‑
3.8V；所述第三充放电电流的倍率大小为0.01
‑
0.5C；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：成天琼，张雅荣，李冰蕊，鲜建，刘志昆，奚睿，黄前宽，王倩，罗甜甜，王金凤，龚文旭，李云，陈启章，
申请(专利权)人：中自环保科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：