【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钠离子电池，具体而言，涉及一种电芯及其制备方法、钠离子电池和用电设备。
技术介绍
1、锂离子电池作为绿色环保的储能器件，因具有能量密度高、循环寿命长、安全无污染等突出优势，在电子市场、新能源汽车等储能领域得到了广泛应用，大大提高了人类的生产生活水平。钠离子电池体系的嵌钠材料实际上与嵌锂材料的研究工作基本同时出现，即在二十世纪七、八十年代就开始相关探索，但由于相对嵌锂材料来说，嵌钠材料的容量和结构稳定性都较差，且构建全电池的比能量也较低，因此，在便携式电子产品蓬勃发展的爆发年代，这种较低能量密度的电池体系难以受到重视。然而，随着锂离子电池市场需求的不断增长，锂资源短缺和价格上涨等问题严重阻碍了其发展。钠离子电池由于具有资源丰富、价格低廉、分布广等突出优势，引起了人们的广泛关注，并有望成为锂离子电池的替代品。近几年关于钠离子电池的研究取得了一定的成果，研究体系也得到了完善。钠离子电池的主要特点有：①钠资源丰富，价格低廉；②钠离子电池与锂离子电池的工作机理相似；③离子电导率相同时，钠盐比锂盐电解液的浓度低，因此成本更低；④钠离子不与铝形成合金，因而钠离子电池的集流体可以使用铝箔，成本更低；⑤钠离子电池比锂离子电池的内阻高一些，因此当发生短路等现象时钠离子电池的安全性能相对更高；⑥钠离子具有更好的界面动力学能力，与锂离子相比溶剂化能更低。
2、钠离子电池电极材料制备研究，其中正极材料的研究主要包括过渡金属氧化物、聚阴离子型化合物和普鲁士蓝类化合物等。负极材料主要包括碳基材料、合金材料和金属氧化物材料等。钠离子电
3、过渡金属氧化物化学式为naxmo2，其中m为过渡金属元素，0<x≤1。按照形态划分，过渡金属氧化物又可分为层状和隧道状两种，当钠含量较高时，一般以层状结构为主(类似三元正极)，钠离子位于层间，形成mox层/na层交替排布的层状结构，当钠含量较低时(x<0.5)，主要以隧道结构的氧化物为主。隧道型氧化物虽具有稳定的结构(对应稳定的循环性能)，但是其初始钠含量过低(能量密度低)，限制了其在实际中的应用。层状氧化物凭借其简单的合成工艺、高能量密度(130～160mah/g，230～250wh/l)、优异的电压平台(3.0～3.1v)、优异的倍率性能和循环寿命成为目前钠离子电池正极主流材料。
4、钠离子半径大于锂离子，因此无法在石墨层间嵌入/脱嵌，因此其负极使用无序度大的无定型碳，可分为硬碳和软碳两类(在2500℃以上可以石墨化的碳材料称为软碳，反之称为硬碳)。硬碳的优势主要在于储钠容量较高，但前驱体一般为生物质或其衍生物，炭化后产碳率偏低，经济性略差。硬碳可认为是难石墨化碳的统称，其微观结构是由弯曲的类石墨片堆叠的短程有序微区，各微区随机无序堆叠留下较多纳米孔洞。由于其往往具有较大的层间距(通常大于0.37nm)，较多的纳米孔洞，以及较多的缺陷位点，因而可以储存较多的钠离子，具有较高的比容量(320～350mah/g)，较低的储钠电压(平台电压0.1v)，然而其实际应用却受到压实密度低(0.9g/cm3)、首周库伦效率低(低于90％)以及循环稳定性不足等制约。
5、电解液溶剂方面，钠离子电池中主要采用酯类溶剂和醚类溶剂，其中环状和链状的碳酸酯(ec)最为常用，其介电常数高(溶解钠盐能力)，离子电导率高，抗氧化性好，但黏度较高(倍率性能差)；醚类溶剂很少在电池中被使用，但与钠电池的兼容性较好，其黏度较低，但介电常数较低，抗氧化能力较差，在高电压下易分解，实际应用中受到一定限制，两种溶剂经常混合使用。钠盐方面，拥有大半径阴离子，阴阳离子间缔合作用弱的钠盐是较好的选择，其能保证足够的钠盐溶解度和离子传输性能。钠盐可分为含氟钠盐(napf6、nafsi等)、含硼钠盐(nabf4、nabf4等)以及其他钠盐(naclo4等)，目前主流路线为napf6，其合成原理与lipf6类似，技术门槛和量产难度较小；用量方面，napf6离子导电性更好，因此在钠电池中用量比钾电池少50％左右，约为0.5mol/l。添加剂方面，主要分为成膜添加剂、阻燃添加剂、过充保护添加剂等，成膜添加剂主要包括fec、vc等，成膜添加剂在溶剂分子之前发生还原反应，在电极表面形成sei膜，抑制电极直接与溶剂接触导致溶剂分解，成膜添加剂的关键在于形成的sei膜的性能。
6、因此，正负极材料的选型优化和电解液的适配性优化成为提升钠离子电池的电化学性能的关键点，提供一种能够保证在高电压下正常使用，能量密度高的电芯具有重要意义。
7、有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
1、本专利技术的第一目的在于提供一种电芯，通过采用具有特定化学式的正极活性材料和特定的负极活性材料硬碳与高电压添加剂和成膜添加剂协同作用，能够保证单体电芯在高电压下正常使用，提升其能量密度。解决了现有钠离子电池存在的能量密度低、高电压循环差的问题。
2、本专利技术的第二目的在于提供一种电芯的制备方法，该方法可以获得在高电压下正常使用，且能量密度高、循环性能好、综合电化学性能优异的电芯。
3、本专利技术的第三目的在于提供一种钠离子电池。
4、本专利技术的第四目的在于提供一种用电设备。
5、为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
6、本专利技术首先提供了一种电芯，包括正极片、负极片和电解液；
7、所述正极片中的正极活性材料的化学式为naxcuyfezmnambo2，其中，m包括li、ni、mg、zn、co、al、zr和ti中的至少一种，0.6＜x＜1.2，0＜y＜0.5，0＜z≤0.5，0＜a≤0.8，0≤b≤0.5，且y+z+a+b＝1；
8、所述负极片中的负极活性材料包括硬碳；
9、所述电解液中的添加剂包括高电压添加剂和成膜添加剂；
10、所述高电压添加剂包括tpp、tmsp和htcn中的至少两种；
11、所述成膜添加剂包括dtd和pcs中的至少一种。
12、本专利技术进一步提供了所述电芯的制备方法，包括如下步骤：
13、将含有正极活性材料的正极浆料涂布在集流体上，得到正极片；
14、其中，所述正极活性材料的化学式为naxcuyfezmnambo2，m包括li、ni、mg、zn、co、al、zr和ti中的至少一种，0.6＜x＜1.2，0＜y＜0.5，0＜z≤0.5，0＜a≤0.8，0≤b≤0.5，且y+z+a+b＝1；
15、将含有硬碳的负极浆料涂布在集流体上，得到负极片；
16、使用隔膜将所述正极片和所述负极片隔开并进行卷绕组装，然后注入含有高电压添加剂和成膜添加剂的电解液，经化成后得到所述电芯。
17、本专利技术又提供了一种钠离子电池，包括所述电芯。
18、本专利技术还提供了一种本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电芯，其特征在于，包括正极片、负极片和电解液；
2.根据权利要求1所述电芯，其特征在于，所述高电压添加剂包括质量比为0～2:0～2:0～1的TPP、TMSP和HTCN。
3.根据权利要求1所述电芯，其特征在于，所述成膜添加剂包括质量比为1～2:1的DTD和PCS。
4.根据权利要求1所述电芯，其特征在于，所述高电压添加剂的质量占所述电解液总质量的1.5％～3.5％；
5.根据权利要求1所述电芯，其特征在于，所述正极片中的导电剂包括碳纳米管，所述碳纳米管的质量占所述正极活性材料质量的0.05％～0.5％；
6.根据权利要求1所述电芯，其特征在于，所述正极片的面密度为28～38mg/cm2，压实密度为3.1～3.3g/m3。
7.根据权利要求1所述电芯，其特征在于，所述负极片的面密度为15～18mg/cm2，压实密度为0.9～0.98g/m3。
8.如权利要求1～7任一项所述电芯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
9.一种钠离子电池，其特征在于，包括如权利要求1～7任一项所述电
10.一种用电设备，其特征在于，包括如权利要求9所述钠离子电池。
...【技术特征摘要】
1.一种电芯，其特征在于，包括正极片、负极片和电解液；
2.根据权利要求1所述电芯，其特征在于，所述高电压添加剂包括质量比为0～2:0～2:0～1的tpp、tmsp和htcn。
3.根据权利要求1所述电芯，其特征在于，所述成膜添加剂包括质量比为1～2:1的dtd和pcs。
4.根据权利要求1所述电芯，其特征在于，所述高电压添加剂的质量占所述电解液总质量的1.5％～3.5％；
5.根据权利要求1所述电芯，其特征在于，所述正极片中的导电剂包括碳纳米管，所述碳纳米管的质量占所述正极活性材料质...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚卿敏，李树军，唐堃，
申请(专利权)人：溧阳中科海钠科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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