【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钠离子电池，尤其涉及一种负极材料及高能量密度钠离子电池。
技术介绍
1、相对于锂离子电池而言，钠离子电池虽然有一定的成本优势，但是能量密度相对而言也较低，因此瓦时成本相对并没有降低，为了进一步降低瓦时成本，需要提升电池的能量密度。提升容量密度的常用方法是使用高容量的正负极材料，但是高容量材料的开发周期较长且成本也相对较高，因此对降低瓦时成本的作用相对较小。使用无负极或者降低电池cb值是相对较为激进的改进方法，效果明显但循环性能差。
技术实现思路
1、鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种负极材料及高能量密度钠离子电池，用以解决现有技术中低cb值的钠离子电池，不能同时满足高能量密度和好的循环性能的问题。
2、第一方面，本专利技术提供了一种表面包覆na2ti6o13的球状硬碳的制备方法，包括如下步骤：
3、(1)将圆球状酚醛树脂第一次升温进行预碳化烧结，破碎，进行第二次升温，得到第一中间产物；
4、(2)将所述的第一中间产物加入到第一溶液中搅拌，混合均匀，加入第二溶液，搅拌均匀，干燥，得到第二中间产物；
5、(3)将所述的第二中间产物烧结，得到所述的表面包覆na2ti6o13的球状硬碳。
6、进一步地，步骤(1)中，第一次升温速率为2-5℃/min，升温至500-800℃，保温烧结2-4h。
7、进一步地，步骤(1)中，第二次升温速率为5-10℃/min，升温至1000-1400℃，保温烧结3-5h。
8、进一步地，步骤(2)中，第一中间产物与第一溶液、第二溶液的质量体积比为10-50g：20-25ml：7-9ml。
9、第二方面，本专利技术提供了一种负极材料，所述的负极材料为上述的方法制备的表面包覆na2ti6o13的球状硬碳。
10、第三方面，本专利技术提供一种高能量密度钠离子电池，包括正极片、负极片、电解液和隔膜，所述的正极片的正极材料为表面具有包覆层的层状过渡金属氧化物，所述的负极片的负极材料为上述方法制备的表面包覆na2ti6o13的球状硬碳，所述电解液为醚类电解液，所述的钠离子电池的cb值为0.4～0.8。
11、进一步地，所述的包覆层为c、al2o3、磷酸盐或硫酸盐中的一种或几种。
12、进一步地，所述的醚为二乙二醇二甲醚或dme，所述的电解液还包括napf6、nabf4和草酸盐。
13、进一步地，napf6、nabf4和草酸盐的摩尔浓度比为0.85-0.9:0.05-0.2:0.01-0.1。
14、进一步地，2g/ah＜电解液的注液系数＜3.5g/ah；和/或，所述的隔膜的抗刺穿强度＞500gf。
15、与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：
16、(1)本专利技术制备的表面包覆na2ti6o13的球状硬碳作为钠离子电池的负极材料，用于低cb值的钠离子电池中，na2ti6o13为快离子导体，包覆在材料表面能对正极过来的钠离子快速导通，使各处的钠离子浓度更为平衡，进一步减少钠不均匀沉积，提高了电池的循环能力；
17、(2)现有电池设计使用的cb值(负极容量与正极容量的比值)为1.0～1.2，负极容量要高于正极容量，以此来防止析钠。由于电池的容量决定于正极的容量，本专利技术的钠离子电池单位面积内负极容量低于正极容量，从而使电池中的负极占比降低，正极占比提升，本专利技术中通过选择特定的正极材料、负极材料和电解液，有助于钠沉积的均匀性，通过各材料的匹配制备的钠离子电池具有较高的能量密度和循环性能；
18、(3)本专利技术的正极材料中含有过渡金属，过渡金属元素容易随着正极结构的变化而有部分溶出，溶出的金属元素会对负极材料的sei(固体电解质相界面)产生破坏，从而加剧负极的副反应，因此需要对正极材料进行适当的包覆，减少过渡金属元素的溶出，提高电池的循环性能；
19、(4)表面包覆na2ti6o13的球状硬碳由于形状均匀，表面各处能形成较为均匀的反应，因此能有利于钠沉积层的均匀性，na2ti6o13为快离子导体，包覆在材料表面能对正极过来的钠离子快速导通，使各处的钠离子浓度更为平衡，进一步减少不均匀沉积；
20、(5)注液系数的设定主要是因为在循环过程当中，后期析出的钠金属与电解液依然有少部分副反应发生，因此对电解液注液量不能太少，太少循环后期电解液量会不足，但是也不能过多，因为副反应会产气，如果电解液过多那么圆柱壳体内留给气体的空间少，圆柱易翻盖，因此，本专利技术中2g/ah＜电解液的注液系数＜3.5g/ah。
21、本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
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1.一种表面包覆Na2Ti6O13的球状硬碳的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种表面包覆Na2Ti6O13的球状硬碳的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，第一次升温速率为2-5℃/min，升温至500-800℃，保温烧结2-4h。
3.根据权利要求1所述的一种表面包覆Na2Ti6O13的球状硬碳的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，第二次升温速率为5-10℃/min，升温至1000-1400℃，保温烧结3-5h。
4.根据权利要求1所述的表面包覆Na2Ti6O13的球状硬碳的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，第一中间产物与第一溶液、第二溶液的质量体积比为10-50g：20-25ml：7-9mL。
5.一种负极材料，其特征在于，所述的负极材料为由权利要求1-4任一项方法制备的表面包覆Na2Ti6O13的球状硬碳。
6.一种高能量密度钠离子电池，其特征在于，包括正极片、负极片、电解液和隔膜，所述的正极片的正极材料为表面具有包覆层的层状过渡金属氧化物，所述的负极片的负极材料为权利要求1-4任一
7.根据权利要求6所述的一种高能量密度钠离子电池，其特征在于，所述的包覆层为C、Al2O3、磷酸盐或硫酸盐中的一种或几种。
8.根据权利要求6所述的一种高能量密度钠离子电池，其特征在于，所述的醚为二乙二醇二甲醚或DME，所述的电解液还包括NaPF6、NaBF4和草酸盐。
9.根据权利要求8所述的一种高能量密度钠离子电池，其特征在于，NaPF6、NaBF4和草酸盐的摩尔浓度比为0.85-0.9:0.05-0.2:0.01-0.1。
10.根据权利要求6-9任一项所述的一种高能量密度钠离子电池，其特征在于，2g/Ah＜电解液的注液系数＜3.5g/Ah；和/或，所述的隔膜的抗刺穿强度＞500gf。
...【技术特征摘要】
1.一种表面包覆na2ti6o13的球状硬碳的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种表面包覆na2ti6o13的球状硬碳的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，第一次升温速率为2-5℃/min，升温至500-800℃，保温烧结2-4h。
3.根据权利要求1所述的一种表面包覆na2ti6o13的球状硬碳的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，第二次升温速率为5-10℃/min，升温至1000-1400℃，保温烧结3-5h。
4.根据权利要求1所述的表面包覆na2ti6o13的球状硬碳的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，第一中间产物与第一溶液、第二溶液的质量体积比为10-50g：20-25ml：7-9ml。
5.一种负极材料，其特征在于，所述的负极材料为由权利要求1-4任一项方法制备的表面包覆na2ti6o13的球状硬碳。
6.一种高能量密度钠离子电池，其特征在于，包括正极片、负极片、电...
【专利技术属性】
技术研发人员：程雨晴，刘茜，吴君伟，戚兴国，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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