CN114883636A - 一种含无定形碳基负极的钠离子电池 - Google Patents
一种含无定形碳基负极的钠离子电池 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114883636A CN114883636A CN202210589882.4A CN202210589882A CN114883636A CN 114883636 A CN114883636 A CN 114883636A CN 202210589882 A CN202210589882 A CN 202210589882A CN 114883636 A CN114883636 A CN 114883636A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sodium
- negative electrode
- ion battery
- carbon component
- carbon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 41
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 32
- FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N Sodium cation Chemical compound [Na+] FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 28
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 61
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 61
- 239000011255 nonaqueous electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 52
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 20
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 20
- VCCATSJUUVERFU-UHFFFAOYSA-N sodium bis(fluorosulfonyl)azanide Chemical compound FS(=O)(=O)N([Na])S(F)(=O)=O VCCATSJUUVERFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 6
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 31
- -1 sulfate compound Chemical class 0.000 claims description 10
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 6
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 claims description 5
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 claims description 3
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims 3
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 abstract description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 4
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 229910021201 NaFSI Inorganic materials 0.000 abstract 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical group C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 28
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 28
- SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one Chemical group FC1COC(=O)O1 SBLRHMKNNHXPHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical group O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 229910019398 NaPF6 Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 5
- FKRCODPIKNYEAC-UHFFFAOYSA-N ethyl propionate Chemical compound CCOC(=O)CC FKRCODPIKNYEAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- WVLBCYQITXONBZ-UHFFFAOYSA-N trimethyl phosphate Chemical compound COP(=O)(OC)OC WVLBCYQITXONBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- DSMUTQTWFHVVGQ-UHFFFAOYSA-N 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one Chemical compound FC1OC(=O)OC1F DSMUTQTWFHVVGQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SJHAYVFVKRXMKG-UHFFFAOYSA-N 4-methyl-1,3,2-dioxathiolane 2-oxide Chemical compound CC1COS(=O)O1 SJHAYVFVKRXMKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QXZNUMVOKMLCEX-UHFFFAOYSA-N [Na].FC(F)(F)S(=O)(=O)NS(=O)(=O)C(F)(F)F Chemical compound [Na].FC(F)(F)S(=O)(=O)NS(=O)(=O)C(F)(F)F QXZNUMVOKMLCEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003660 carbonate based solvent Substances 0.000 description 2
- 150000007942 carboxylates Chemical class 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 description 2
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- BAZAXWOYCMUHIX-UHFFFAOYSA-M sodium perchlorate Chemical compound [Na+].[O-]Cl(=O)(=O)=O BAZAXWOYCMUHIX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910001488 sodium perchlorate Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001495 sodium tetrafluoroborate Inorganic materials 0.000 description 2
- UYCAUPASBSROMS-AWQJXPNKSA-M sodium;2,2,2-trifluoroacetate Chemical compound [Na+].[O-][13C](=O)[13C](F)(F)F UYCAUPASBSROMS-AWQJXPNKSA-M 0.000 description 2
- XGPOMXSYOKFBHS-UHFFFAOYSA-M sodium;trifluoromethanesulfonate Chemical compound [Na+].[O-]S(=O)(=O)C(F)(F)F XGPOMXSYOKFBHS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- XZZNDPSIHUTMOC-UHFFFAOYSA-N triphenyl phosphate Chemical compound C=1C=CC=CC=1OP(OC=1C=CC=CC=1)(=O)OC1=CC=CC=C1 XZZNDPSIHUTMOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UHOPWFKONJYLCF-UHFFFAOYSA-N 2-(2-sulfanylethyl)isoindole-1,3-dione Chemical compound C1=CC=C2C(=O)N(CCS)C(=O)C2=C1 UHOPWFKONJYLCF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 2-Propenoic acid Natural products OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M Propionate Chemical compound CCC([O-])=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- RBBXSUBZFUWCAV-UHFFFAOYSA-N ethenyl hydrogen sulfite Chemical compound OS(=O)OC=C RBBXSUBZFUWCAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/054—Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/362—Composites
- H01M4/364—Composites as mixtures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/624—Electric conductive fillers
- H01M4/625—Carbon or graphite
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
本发明提供了一种钠离子电池，包括正极、负极和非水电解液；所述负极包含负极活性材料，所述负极活性材料由非碳组分和碳组分组成；所述非碳组分在所述负极活性材料中的质量百分含量为x，x为0％～20％；所述碳组分包括无定形碳和石墨化碳，无定形碳在所述碳组分中的质量百分含量为y；所述非水电解液包括第一添加剂NaFSI，其在所述非水电解液中的质量百分含量为z；所述x、y和z满足0.5≤[(1‑x)/y]/z≤800。所述钠离子电池通过控制双氟磺酰亚胺钠、非碳组分和无定形碳的比例，能在钠离子电池首周化成时优先在负极表面活性位点处形成优异的固体电解质界面膜，抑制副反应的进一步发生，从而提升首周库伦效率，以达到提升活性钠离子利用率和提升钠离子电池能量密度的目的。
Description
技术领域
本发明属于二次电池技术领域，具体涉及一种含无定形碳基负极的钠离子电池。
背景技术
锂离子电池在3C电子产品和电动车等领域得到了广泛的应用，且正在向储能领域渗透。然而，由于锂资源的限制，成本问题将是限制锂离子电池在储能领域应用的重要因素。因此，发展高性能、低成本的钠离子电池受到了科研院所和产业界的广泛关注。
无定形碳基负极在钠离子电池中有着优异的电化学性能，如高的比容量、低的电位等。然而无定形碳基负极具有相比于晶态碳更多的活性位点，在钠离子电池化成过程中SEI膜的形成会造成大量活性钠离子的消耗，因而无定形碳基负极在钠离子电池中常表现出低的库伦效率(<85％)，降低电池能量密度。因此开发适配无定形碳基负极的电解液及性能良好的钠离子电池非常重要。
发明内容
基于此，本发明的目的在于提供一种含无定形碳基负极的钠离子电池，其具有较高的首周库伦效率(高达91％以上)和能量密度。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种钠离子电池，包括正极、负极和非水电解液；所述负极包含负极活性材料，所述负极活性材料由非碳组分和碳组分组成；所述非碳组分在所述负极活性材料中的质量百分含量为x，x为0％～20％；所述碳组分包括无定形碳和石墨化碳，所述无定形碳在所述碳组分中的质量百分含量为y；
所述非水电解液包括第一添加剂，所述第一添加剂为双氟磺酰亚胺钠，所述双氟磺酰亚胺钠在所述非水电解液中的质量百分含量为z；
所述x、y和z满足0.5≤[(1-x)/y]/z≤800。
在一些优选的实施例中，所述x、y和z满足3≤[(1-x)/y]/z≤500。
在一些更优选的实施例中，所述x、y和z满足9≤[(1-x)/y]/z≤140。
在一些优选的实施例中，所述非碳组分在所述负极中的质量百分含量x为0.5％～10％。
在一些实施例中，所述无定形碳在所述碳组分中的质量百分含量y为1％～80％。
在一些实施例中，所述双氟磺酰亚胺钠在所述非水电解液中的质量百分含量z为0.1％～20％。
在一些优选的实施例中，所述双氟磺酰亚胺钠在所述非水电解液中的质量百分含量z为0.1％～5％。
在一些更优选的实施例中，所述双氟磺酰亚胺钠在所述非水电解液中的质量百分含量z为0.5％～3％。
在一些实施例中，所述非碳组分为能与Na发生合金化反应的元素；优选地，所述非碳组分选自Sn和P中的至少一种。
在一些实施例中，所述非水电解液还包括第二添加剂，所述第二添加剂选自氟代碳酸脂类化合物、硫酸酯类化合物和磷酸酯类化合物中的至少一种。
在一些实施例中，所述第二添加剂在所述非水电解液中的质量百分含量n为2％～10％。
在一些实施例中，所述n和y满足2≤n/y≤10。当在此范围内时，第二添加剂能够在含无定形碳组分颗粒的表面形成致密且连续的固体电解质界面膜，且该固体电解质膜能够保护含无定形碳组分的颗粒的结构稳定性，提升其循环性能。当n/y<2时，由于第二添加剂相对于无定形碳组分的量太少，无法在含无定形碳组分的颗粒表面形成致密且连续的固体电解质膜，保护效果较差。而当n/y>10时，第二添加剂相对于无定形碳组分的量太大，会造成成本的显著升高。
在一些实施例中，所述非水电解液还含有钠盐和有机溶剂。
在一些实施例中，所述钠盐选自高氯酸钠、六氟磷酸钠、四氟硼酸钠、六氟砷酸钠、三氟乙酸钠、四苯硼酸钠、三氟甲基磺酸钠和双(三氟甲基磺酰基)亚胺钠中的至少一种。
在一些实施例中，所述有机溶剂选自碳酸脂类溶剂、羧酸酯类溶剂和磷酸酯类溶剂中的至少一种。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种钠离子电池，发明人经过研究发现，同时使用含无定形碳基负极和含双氟磺酰亚胺钠(NaFSI)的非水电解液来制备钠离子电池，并通过控制NaFSI在非水电解液中的质量百分含量z、非碳组分在负极活性材料中的质量百分含量x以及无定形碳在碳组分中的质量百分含量y，使得x、y和z满足0.5≤[(1-x)/y]/z≤800，能够在钠离子电池首周化成时优先在负极表面活性位点处形成优异的固体电解质界面膜，抑制副反应的进一步发生，从而提升首周库伦效率，以达到提升活性钠离子的利用率和提升钠离子电池能量密度的目的。并进一步优化获得了最佳的比例范围(首周库伦效率可高达91％以上)。此外，所述NaFSI诱导形成的固体电解质界面膜能够有效提升电池的高温存储稳定性、高温循环稳定性和倍率性能。
附图说明
图1为实施例1电池无定形碳基负极的Raman光谱；其中，D-peak代表碳的缺陷峰；G-peak代表石墨化峰。
图2为实施例1和对比例1中电池首周库伦效率检测结果。
具体实施方式
本发明下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。实施例中所用到的各种常用化学试剂，均为市售产品。
除非另有定义，本发明所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不用于限制本发明。
本发明的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤的过程、方法、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤。
在本发明中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本发明提供了一种钠离子电池，包括正极、负极和非水电解液；所述负极包含负极活性材料，所述负极活性材料由非碳组分和碳组分组成；所述非碳组分在所述负极活性材料中的质量百分含量为x，x为0％～20％；所述碳组分包括无定形碳和石墨化碳，所述无定形碳在所述碳组分中的质量百分含量为y；
所述非水电解液包括第一添加剂，所述第一添加剂为双氟磺酰亚胺钠，所述双氟磺酰亚胺钠在所述非水电解液中的质量百分含量为z；
所述x、y和z满足0.5≤[(1-x)/y]/z≤800。
在一些优选的实施例中，所述x、y和z满足3≤[(1-x)/y]/z≤500。
在一些更优选的实施例中，所述x、y和z满足5≤[(1-x)/y]/z≤160。
进一步优选地，所述x、y和z满足9≤[(1-x)/y]/z≤140。
在一些优选的实施例中，所述非碳组分在所述负极中的质量百分含量x为0.5％～10％。
在一些实施例中，所述无定形碳在所述碳组分中的质量百分含量y为1％～80％。
在一些优选的实施例中，所述无定形碳在所述碳组分中的质量百分含量y为30％～70％。
在一些实施例中，通过以下方法测试y值：y＝Id/(Id+Ig)，其中，Id和Ig分别为负极Raman谱中碳的缺陷峰峰强和石墨化峰峰强。
在一些实施例中，所述双氟磺酰亚胺钠在所述非水电解液中的质量百分含量z为0.1％～20％。
在一些优选的实施例中，所述双氟磺酰亚胺钠在所述非水电解液中的质量百分含量z为0.1％～5％。
在一些更优选的实施例中，所述双氟磺酰亚胺钠在所述非水电解液中的质量百分含量z为0.5％～3％。
具体地，所述双氟磺酰亚胺钠在所述非水电解液中的质量百分含量z为0.1％、0.22％、0.35％、0.5％、0.7％、0.85％、1％、1.2％、1.5％、1.75％、2％、2.3％、2.5％、2.75％、3％、3.3％、3.5％、3.8％、4％、4.2％、4.5％、4.75％、5％、7.5％、10％、12％、13％、15.5％、17％、18.5％、20％。
在一些实施例中，所述非碳组分为能与Na发生合金化反应的元素；优选地，所述非碳组分选自Sn和P中的至少一种。
进一步优选地，所述非碳组分选自Sn。
在一些实施例中，所述非水电解液还包括第二添加剂，所述第二添加剂选自氟代碳酸脂类化合物、硫酸酯类化合物和磷酸酯类化合物中的至少一种。
在一些实施例中，所述第二添加剂选自氟代碳酸乙烯酯(FEC)、双氟代碳酸乙烯酯(DFEC)、亚硫酸乙烯酯(ES)、亚硫酸丙烯酯(PS)、丙烯酸内酯(RPS)、磷酸三苯酯(TPP)和三甲基磷酸酯(TMP)中的至少一种。
在一些实施例中，所述第二添加剂在所述非水电解液中的质量百分含量n为2％～10％。
在一些优选的实施例中，所述n和y满足2≤n/y≤10。
在一些更优选的实施例中，所述n和y满足2≤n/y≤5。
在一些实施例中，所述非水电解液还含有钠盐和有机溶剂。
在一些实施例中，所述钠盐选自高氯酸钠、六氟磷酸钠、四氟硼酸钠、六氟砷酸钠、三氟乙酸钠、四苯硼酸钠、三氟甲基磺酸钠和双(三氟甲基磺酰基)亚胺钠中的至少一种。
在一些实施例中，所述有机溶剂选自碳酸脂类溶剂、羧酸酯类溶剂和磷酸酯类溶剂中的至少一种。
在一些实施例中，所述有机溶剂选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、丙酸丙酯(PP)、乙基丙酸酯(EP)、三甲基磷酸酯(TMP)和磷酸三苯酯(TPP)中的至少一种。
下面结合具体实施例进行说明。
实施例1
本实施例提供一种包含负极、非水电解液和金属钠作为对电极的扣式半电池。
所述负极包含负极活性材料，所述负极活性材料中Sn含量为0.5％、碳组分含量为99.5％；所述碳组分包含无定形碳和石墨化碳，拉曼光谱(如图1所示)测得无定形碳的含量y＝Id/(Id+Ig)＝1/(1+0.867)＝0.54。
所述非水电解液由EC、PC、DEC、NaPF6、NaFSI和FEC组成，且EC、PC、DEC、NaPF6、NaFSI和FEC的质量比为EC：PC：DEC：NaPF6：NaFSI：FEC＝16：16：49：14：2：3；NaFSI在电解液中的质量百分含量为2％。
[(1-x)/y]/z＝[(1-0.5％)/0.54]/2％＝92.13。
将上述负极活性材料制备的负极和上述非水电解液组装扣式半电池，金属钠作对电极，在0.1C倍率下进行充放电测试。结果如图2所示，本实施例所述扣式半电池的首效为91.92％。
实施例2
本实施例提供一种包含负极、非水电解液和金属钠作为对电极的扣式半电池。
所述负极包含负极活性材料，所述负极活性材料中Sn含量为0.5％、碳组分含量为99.5％；所述碳组分包含无定形碳和石墨化碳，拉曼光谱测得无定形碳的含量y＝Id/(Id+Ig)＝1/(1+0.867)＝0.54。
所述非水电解液由EC、PC、DMC、NaPF6、NaFSI和FEC组成，且EC、PC、DMC、NaPF6、NaFSI和FEC的质量比为EC：PC：DMC：NaPF6：NaFSI：FEC＝16：16：46：14：5：3；NaFSI在电解液中的质量百分含量为5％。
[(1-x)/y]/z＝[(1-0.5％)/0.54]/5％＝36.85。
将上述负极活性材料制备的负极和上述非水电解液组装扣式半电池，金属钠作对电极，在0.1C倍率下进行充放电测试。本实施例所述扣式半电池的首效为91.49％。
实施例3
本实施例提供一种包含负极、非水电解液和金属钠作为对电极的扣式半电池。
所述负极包含负极活性材料，所述负极活性材料中Sn含量为5％、碳组分含量为95％；所述碳组分包含无定形碳和石墨化碳，拉曼光谱测得无定形碳的含量y＝70％。
所述非水电解液由EC、PC、DMC、NaPF6、NaFSI和FEC组成，且EC、PC、DMC、NaPF6、NaFSI和FEC的质量比为EC：PC：DMC：NaPF6：NaFSI：FEC＝13：13：39：12：20：3；NaFSI在电解液中的质量百分含量为20％。
[(1-x)/y]/z＝[(1-5％)/70％]/20％＝6.79。
将上述负极活性材料制备的负极和上述非水电解液组装扣式半电池，金属钠作对电极，在0.1C倍率下进行充放电测试。本实施例所述扣式半电池的首效为89.12％。
实施例4
本实施例提供一种包含负极、非水电解液和金属钠作为对电极的扣式半电池。
所述负极包含负极活性材料，所述负极活性材料中Sn含量为0.5％、碳组分含量为99.5％；所述碳组分包含无定形碳和石墨化碳，拉曼光谱测得无定形碳的含量5％。
所述非水电解液由EC、PC、DMC、NaPF6、NaFSI和FEC组成，且EC、PC、DMC、NaPF6、NaFSI和FEC的质量比为EC：PC：DMC：NaPF6：NaFSI：FEC＝15：15：43：12：12：3；NaFSI在电解液中的质量百分含量为12％。
[(1-x)/y]/z＝[(1-0.5％)/5％]/12％＝166。
将上述负极活性材料制备的负极和上述非水电解液组装扣式半电池，金属钠作对电极，在0.1C倍率下进行充放电测试。本实施例所述扣式半电池的首效为89.65％。
实施例5
本实施例提供一种包含负极、非水电解液和金属钠作为对电极的扣式半电池。
所述负极包含负极活性材料，所述负极活性材料中碳组分含量为100％；所述碳组分包含无定形碳和石墨化碳，拉曼光谱测得无定形碳的含量y＝12％。
所述非水电解液由EC、PC、DEC、NaPF6、NaFSI和FEC组成，且EC、PC、DEC、NaPF6、NaFSI和FEC的质量比为EC：PC：DEC：NaPF6：NaFSI：FEC＝16：16：49：14：2：3；NaFSI在电解液中的质量百分含量为2％。
[(1-x)/y]/z＝[(1-0％)/12％]/2％＝416.67。
将上述负极活性材料制备的负极和上述非水电解液组装扣式半电池，金属钠作对电极，在0.1C倍率下进行充放电测试。本实施例所述扣式半电池的首效为88.93％。
对比例1
本对比例提供一种包含负极、非水电解液和金属钠作为对电极的扣式半电池。
所述负极活性材料同实施例1。
所述非水电解液与实施例1所述非水电解液的区别仅在于非水电解液中NaFSI的含量不同，具体为所述非水电解液由EC、PC、DMC、NaPF6、NaFSI和FEC组成，且EC、PC、DMC、NaPF6、NaFSI和FEC的质量比为EC：PC：DMC：NaPF6：NaFSI：FEC＝16：16：50.78：14：0.22：3；NaFSI在电解液中的质量百分含量为0.22％。
[(1-x)/y]/z＝[(1-0.5％)/0.54]/0.22％＝837.54。
将上述负极活性材料制备的负极和上述非水电解液组装扣式半电池，金属钠作对电极，在0.1C倍率下进行充放电测试。如图2所示，本对比例所述扣式半电池的首效为84.44％。
对比例2
本对比例提供一种包含负极、非水电解液和金属钠作为对电极的扣式半电池。
所述负极包含负极活性材料，所述负极活性材料中Sn含量为98％、碳组分含量为2％；所述碳组分包含无定形碳和石墨化碳，拉曼光谱测得无定形碳的含量y＝Id/(Id+Ig)＝99％。
所述非水电解液同实施例2，NaFSI在电解液中的质量百分含量为5％。
[(1-x)/y]/z＝[(1-98％)/99％]/5％＝0.4。
将上述负极活性材料制备的负极和上述非水电解液组装扣式半电池，金属钠作对电极，在0.1C倍率下进行充放电测试。本对比例所述扣式半电池的首效为40％。
上述结果表明，本发明提供的含无定形碳基负极和含双氟磺酰亚胺钠(NaFSI)添加剂的钠离子电池，当x、y和z满足0.5≤[(1-x)/y]/z≤800时，电池的首周库伦效率明显提升(实施例1～4)，尤其是当x、y和z满足9≤[(1-x)/y]/z≤140时，制备得到的钠离子电池具有更高的首周库伦效率，可高达91％以上(实施例1～2)。而当x、y和z不满足本发明要求时，即使电池中同时含有无定形碳基负极和双氟磺酰亚胺钠(NaFSI)添加剂，其首周库伦效率也明显下降(对比例1～2)。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对以上实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种钠离子电池，包括正极、负极和非水电解液；其特征在于，所述负极包含负极活性材料，所述负极活性材料由非碳组分和碳组分组成；所述非碳组分在所述负极活性材料中的质量百分含量为x，x为0％～20％；所述碳组分包括无定形碳和石墨化碳，所述无定形碳在所述碳组分中的质量百分含量为y；
所述非水电解液包括第一添加剂，所述第一添加剂为双氟磺酰亚胺钠，所述双氟磺酰亚胺钠在所述非水电解液中的质量百分含量为z；
所述x、y和z满足0.5≤[(1-x)/y]/z≤800。
2.如权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述x、y和z满足3≤[(1-x)×y]/z≤500。
3.如权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述x、y和z满足9≤[(1-x)×y]/z≤140。
4.如权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述无定形碳在所述碳组分中的质量百分含量y为1％～80％。
5.如权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述双氟磺酰亚胺钠在所述非水电解液中的质量百分含量z为0.1％～20％。
6.如权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述非碳组分为能与Na发生合金化反应的元素；优选地，所述非碳组分选自Sn和P中的至少一种。
7.如权利要求1～6任一项所述的钠离子电池，其特征在于，所述非水电解液还包括第二添加剂，所述第二添加剂选自氟代碳酸脂类化合物、硫酸酯类化合物和磷酸酯类化合物中的至少一种。
8.如权利要求7所述的钠离子电池，其特征在于，所述第二添加剂在所述非水电解液中的质量百分含量n为2％～10％。
9.如权利要求8所述的钠离子电池，其特征在于，所述n和y满足2≤n/y≤10。
10.如权利要求1～6任一项所述的钠离子电池，其特征在于，所述非水电解液还含有钠盐和有机溶剂。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210589882.4A CN114883636A (zh) | 2022-05-26 | 2022-05-26 | 一种含无定形碳基负极的钠离子电池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210589882.4A CN114883636A (zh) | 2022-05-26 | 2022-05-26 | 一种含无定形碳基负极的钠离子电池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114883636A true CN114883636A (zh) | 2022-08-09 |
Family
ID=82678239
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210589882.4A Pending CN114883636A (zh) | 2022-05-26 | 2022-05-26 | 一种含无定形碳基负极的钠离子电池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114883636A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116231086A (zh) * | 2023-03-03 | 2023-06-06 | 深圳新宙邦科技股份有限公司 | 一种钠离子电池用电解液及钠离子电池 |
| CN116231047A (zh) * | 2023-02-23 | 2023-06-06 | 深圳新宙邦科技股份有限公司 | 一种钠离子电池 |
| CN116247282A (zh) * | 2022-12-12 | 2023-06-09 | 深圳新宙邦科技股份有限公司 | 一种钠离子二次电池 |
| WO2024046110A1 (zh) * | 2022-09-02 | 2024-03-07 | 深圳新宙邦科技股份有限公司 | 一种钠离子二次电池 |
-
2022
- 2022-05-26 CN CN202210589882.4A patent/CN114883636A/zh active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024046110A1 (zh) * | 2022-09-02 | 2024-03-07 | 深圳新宙邦科技股份有限公司 | 一种钠离子二次电池 |
| CN116247282A (zh) * | 2022-12-12 | 2023-06-09 | 深圳新宙邦科技股份有限公司 | 一种钠离子二次电池 |
| CN116231047A (zh) * | 2023-02-23 | 2023-06-06 | 深圳新宙邦科技股份有限公司 | 一种钠离子电池 |
| CN116231086A (zh) * | 2023-03-03 | 2023-06-06 | 深圳新宙邦科技股份有限公司 | 一种钠离子电池用电解液及钠离子电池 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114883636A (zh) | 一种含无定形碳基负极的钠离子电池 | |
| CN108598461B (zh) | 电解液以及锂离子电池 | |
| CN113161615B (zh) | 一种锂离子电池非水电解液和锂离子电池 | |
| CN115799611B (zh) | 一种钠离子电池电解液及钠离子电池 | |
| WO2024109853A1 (zh) | 一种基于负极原位补锂的锂离子电池及其制备方法 | |
| CN110957492A (zh) | 锂金属界面保护及其制备方法以及含锂金属界面保护的电池 | |
| CN114512721B (zh) | 一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池 | |
| CN113054256A (zh) | 电解液添加剂和电解液以及钠离子电池 | |
| CN114464886A (zh) | 一种锂离子电池非水电解液和锂离子电池 | |
| CN114421009A (zh) | 一种长寿命型锂离子电池电解液及其应用 | |
| CN111934015A (zh) | 一种锂离子电池非水电解液及含该非水电解液的锂离子电池 | |
| CN114520370A (zh) | 一种锂离子电池电解液及锂离子电池 | |
| CN103326065B (zh) | 钛酸锂电池及其电解液 | |
| CN113328144A (zh) | 一种锂离子电池电解液及使用该电解液的锂离子电池 | |
| WO2024131239A1 (zh) | 锂离子电池用添加剂、锂离子电池和用电设备 | |
| CN117790906A (zh) | 一种锂离子电池电解液用添加剂、磷酸锰铁锂电池电解液 | |
| CN111430781A (zh) | 一种三元高电压锂离子电池电解液及其锂离子电池 | |
| CN112768768B (zh) | 一种含有碘化铵添加剂的电池电解质及其制备方法 | |
| CN119895619A (zh) | 非水电解液及包含该电解液的钠离子电池和用电装置 | |
| KR20240049596A (ko) | 이차 전지, 이차 전지 제조 방법, 배터리 모듈, 배터리 팩 및 전기 장치 | |
| CN113764735A (zh) | 一种电解液及锂电池 | |
| CN115882070A (zh) | 一种电解液及含有该电解液的锂金属电池 | |
| CN112909338A (zh) | 锂二硫化铁电池电解液添加剂、电解液和锂二硫化铁电池 | |
| CN112117492A (zh) | 一种有机酯类电解液添加剂及含该添加剂的电解液及锂金属电池和应用 | |
| CN113964384B (zh) | 适用于基于硅负极的锂离子电池的多功能有机硅电解液及其制备和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |