CN116031488A - 一种钠离子电池 - Google Patents

Abstract

为克服现有钠离子电池存在高倍率循环性能和低温性能不足的问题，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，所述负极包括含有负极活性材料的负极材料层，所述非水电解液包括非水有机溶剂和钠盐，所述钠盐包括双(氟磺酰)亚胺钠；所述钠离子电池满足以下条件：0.5≤x*y/z≤4.5，且1.05≤x≤1.20，2≤y≤12，1≤z≤12；其中，x为钠离子电池的N/P比；y为负极活性材料的中值粒径，单位为μm；z为非水电解液中双(氟磺酰)亚胺钠的质量百分含量，单位为％。本发明提供的钠离子电池的低温性能优，实现高倍率和长循环运行的性能优点。

Description

一种钠离子电池

技术领域

本发明属于二次电池技术领域，具体涉及一种钠离子电池。

背景技术

随着锂离子电池的需求量迅速增加，锂资源成本不断增加，锂离子电池的生产成本也逐渐提高，面对上述问题，研究者们开始思考利用资源丰富的钠元素取代锂元素，并逐渐开始了对钠离子电池的研究。钠离子电池与锂离子电池原理结构类似，与锂电相比，钠离子电池资源广、成本低且波动小，且具有宽温区和高安全的性能赋予替代潜力，随着钠离子电池技术的不断进步，钠离子电池将在我国能源体系占据重要席位，尤其在储能领域具备广阔的成长空间，因此，发展高性能、低成本的钠离子电池是决定其是否能够产业化的决定性因素。

现有的钠离子电池存在高倍率充放电性能不足的问题，在高倍率充放电时，容易导致钠离子在负极上的不均匀沉积，形成钠枝晶，进而使得钠离子电池出现自放电的问题，影响电池循环性能，同时电解液在低温的粘度较高，影响离子传导性能。

发明内容

针对现有钠离子电池存在高倍率循环性能和低温性能不足的问题，本发明提供了一种钠离子电池。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

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，所述负极包括含有负极活性材料的负极材料层，所述非水电解液包括非水有机溶剂和钠盐，所述钠盐包括双(氟磺酰)亚胺钠；

所述钠离子电池满足以下条件：

0.5≤x*y/z≤4.5，且1.05≤x≤1.20，2≤y≤12，1≤z≤12；

其中，x为钠离子电池的N/P比；

y为负极活性材料的中值粒径，单位为μm；

z为非水电解液中NaFSI的质量百分含量，单位为％。

可选的，所述钠离子电池满足以下条件：

0.8≤x*y/z≤3.2。

可选的，所述钠离子电池的N/P比x为1.10～1.18。

可选的，所述负极活性材料的中值粒径y为4～8μm。

可选的，所述非水电解液中双(氟磺酰)亚胺钠的质量百分含量z为2％～11％。

可选的，所述负极活性材料包括软碳、硬碳、碳纳米管、膨胀石墨和石墨烯中的至少一种。

可选的，所述正极包括含有正极活性材料的正极材料层，所述正极活性材料包括含钠的层状氧化物、含钠的聚阴离子化合物和含钠的普鲁士蓝化合物中的至少一种；

所述含钠的层状氧化物包括层状过渡金属氧化物，所述层状过渡金属氧化物包括式Ⅰ所示的化合物：

Na_xM_yO_z  式Ⅰ

其中，0＜x≤1，0＜y≤1，1＜z≤2，M选自Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Mn、Sn、Mo、Sb、V中的至少一种；

所述普鲁士蓝化合物包括式Ⅱ所示的化合物：

Na_x′L_y′[L′(CN)₆]_y′·z′H₂O  式Ⅱ

其中，0＜x′≤2，0＜y′≤1，0＜z′≤20，L和L′各自选自Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Mn、Sn、Mo、Sb、V中的至少一种；

所述聚阴离子化合物包括磷酸盐类化合物和硫酸盐类化合物中的至少一种；

所述磷酸盐类化合物包括式Ⅲ或式Ⅳ所示的化合物中的至少一种：

Na₃(M′O_1-qPO₄)₂F_1+2q  式Ⅲ

其中，0≤q≤1，M′选自Al、V、Ge、Fe、Ga中的至少一种：

Na₂EPO₄F式Ⅳ

其中，E选自Fe、Mn中的至少一种；

所述硫酸盐类化合物包括式Ⅴ所示的化合物中的至少一种：

Na₂Y(SO₄)₂·2H₂O  式Ⅴ

其中，Y选自Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Mn、Sn、Mo、Sb、V中的至少一种。

可选的，所述钠盐还包括辅助钠盐，所述辅助钠盐包括高氯酸钠、四氟硼酸钠、六氟磷酸钠、双草酸硼酸钠、二氟草酸硼酸钠、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)亚胺钠中的至少一种；

以所述非水电解液的总质量为100％计，所述辅助钠盐的质量百分含量为1％～14％。

可选的，所述非水电解液还包括添加剂，所述添加剂包括硫酸乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、1,3-丙烯磺酸内酯、1,4-丁烷磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯和双氟代碳酸乙烯酯中的至少一种；

以所述非水电解液的总质量为100％计，所述添加剂的质量百分含量为1％～3％。

可选的，所述非水有机溶剂包括碳酸酯类、羧酸酯类和醚类中的至少一种；

优选的，所述碳酸酯类包括碳原子数3～5的环状或链状碳酸酯，所述环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、碳酸亚丁酯中的至少一种；所述链状碳酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯中的至少一种；

所述羧酸酯类包括碳原子数2～6的羧酸酯，所述羧酸酯包括乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸丙酯中的至少一种；

所述醚类包括碳原子数4～10的环状醚或链状醚，所述环状醚包括1,3-二氧戊烷、1,4-二氧惡烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃，2-三氟甲基四氢呋喃中的至少一种；所述链状醚包括二甲氧基甲烷、1,2-二甲氧基乙烷、二甘醇二甲醚中的至少一种；

以所述电解液的质量为100％计，所述非水有机溶剂的质量百分含量为70％～92％。

根据本发明提供的钠离子电池，在非水电解液中加入有双(氟磺酰)亚胺钠(NaFSI)，NaFSI能够参与到负极表面的钝化膜的形成，负极表面的钝化膜有利于抑制非水电解液与负极之间副反应的发生，有效提高非水电解液的稳定性，降低电池阻抗，更重要的是，发明人通过大量研究发现，当所述钠离子电池的N/P比x、所述负极活性材料的中值粒径y和所述非水电解液中NaFSI的质量百分含量z满足条件：0.5≤x*y/z≤4.5，且1.05≤x≤1.20，2≤y≤12，1≤z≤12时，所得的电池体系具有较快的离子传输速率，且非水电解液具有高电导率和低粘度的特点，经全电池测试发现，一方面，该电池体系能够实现10C以上高倍率放电的同时，抑制析钠现象的发生；另一方面有利于提高负极表面钝化膜的成膜质量，非水电解液在低温下粘度低，电池的低温性能优，实现高倍率和长循环运行的性能优点。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种钠离子电池，包括正极、负极和非水电解液，所述负极包括含有负极活性材料的负极材料层，所述非水电解液包括非水有机溶剂和钠盐，所述钠盐包括双(氟磺酰)亚胺钠；

所述钠离子电池满足以下条件：

0.5≤x*y/z≤4.5，且1.05≤x≤1.20，2≤y≤12，1≤z≤12；

其中，x为钠离子电池的N/P比；

y为负极活性材料的中值粒径，单位为μm；

z为非水电解液中双(氟磺酰)亚胺钠的质量百分含量，单位为％。

在非水电解液中加入有双(氟磺酰)亚胺钠(NaFSI)，NaFSI能够参与到负极表面的钝化膜的形成，负极表面的钝化膜有利于抑制非水电解液与负极之间副反应的发生，有效提高非水电解液的稳定性，降低电池阻抗，更重要的是，发明人通过大量研究发现，当所述钠离子电池的N/P比x、所述负极活性材料的中值粒径y和所述非水电解液中NaFSI的质量百分含量z满足条件：0.5≤x*y/z≤4.5，且1.05≤x≤1.20，2≤y≤12，1≤z≤12时，所得的电池体系具有较快的离子传输速率，且非水电解液具有高电导率和低粘度的特点，经全电池测试发现，一方面，该电池体系能够实现10C以上高倍率放电的同时，抑制析钠现象的发生；另一方面有利于提高负极表面钝化膜的成膜质量，非水电解液在低温下粘度低，电池的低温性能优，实现高倍率和长循环运行的性能优点。

在优选的实施例中，所述钠离子电池满足以下条件：

0.8≤x*y/z≤3.2。

通过进一步限定所述钠离子电池的N/P比x、所述负极活性材料的中值粒径y和所述非水电解液中NaFSI的质量百分含量z满足上述条件，能够提高钠离子电池的高倍率放电性能以及低温容量保持率。

在一些实施例中，所述钠离子电池的N/P比x为1.05、1.06、1.08、1.09、1.10、1.13、1.12、1.15、1.17、1.18、1.19或1.20。

在优选的实施例中，所述钠离子电池的N/P比x为1.10～1.18。

在钠离子电池设计时，电池中由负极所提供的容量与由正极所提供的容量的比值称之为N/P比，N/P比＝(负极活性材料克容量×负极面密度×负极活性材料含量)/(正极活性材料克容量×正极面密度×正极活性材料含量)。当钠离子电池的N/P比x在上述范围内时，能够有效保证钠离子电池的容量发挥，抑制电池由于快充快放引起的析钠现象，电池倍率放电和安全性能更优；若钠离子电池的N/P比过小时，正极内的正极活性材料不能被完全利用，电池的容量释放不足，且钠离子在负极表面过量沉积，析钠现象严重，从而劣化了电池的性能，致使电池容量保持率降低，并且倍率性能也明显劣化；而电池N/P比过大时，正极的正极活性材料占比低，负极容量偏大，会导致材料的能量密度降低，导致电池容量保持率降低，倍率性能明显劣化。

在一些实施例中，所述负极活性材料的中值粒径y可以为2μm、2.2μm、2.5μm、2.8μm、3μm、3.2μm、3.5μm、3.8μm、4μm、4.5μm、5μm、5.5μm、6μm、6.5μm、7μm、7.5μm、7.8μm、8μm、8.5μm、9μm、9.5μm、10μm、11μm或12μm。

在优选的实施例中，所述负极活性材料的中值粒径y为4～8μm。

当所述负极活性材料的中值粒径y位于上述范围内时，有利于在兼顾离子传输速率的同时，减少电解液过度分解参与成膜，从而可以在保证电池较好的倍率性能的同时，改善电池的首次充放电效率；若负极活性材料的粒径过小，电解液过度参与成膜，不可逆容量增大，致使电池容量保持率降低，同时导致负极材料层内部过于致密，影响非水电解液对于负极材料层的浸润，不利于钠离子的扩散；而负极材料的粒径过大，钠离子在负极材料颗粒内的传输时间增加，同样导致钠离子在负极的传输速率降低，使电池的倍率性能变差，致使电池容量保持率降低。

在一些实施例中，所述非水电解液中双(氟磺酰)亚胺钠的质量百分含量z可以为1％、2％、2.2％、2.5％、2.8％、3％、3.2％、3.5％、3.8％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、7.8％、8％、8.5％、9％、9.5％、10％、11％或12％。

在优选的实施例中，所述非水电解液中双(氟磺酰)亚胺钠的质量百分含量z为2％～11％。

当所述非水电解液中双(氟磺酰)亚胺钠的质量百分含量z处于上述范围内时，能够提升非水电解液的电导率和电化学稳定性，同时参与钝化膜的形成，抑制电解液与电极之间的副反应发生，有效降低电池循环过程中的阻抗，提升循环性能；若所述非水电解液中双(氟磺酰)亚胺钠的含量过少时，非水电解液的电导率过低，并且其无法有效的参与负极表面钝化膜的成膜，对电池性能的提升很小；而加入的双(氟磺酰)亚胺钠过多时，非水电解液的粘度增大，严重的劣化了电池的低温性能，致使电池容量保持率降低，倍率性能也明显劣化。

在一些实施例中，所述负极活性材料包括软碳、硬碳、碳纳米管、膨胀石墨和石墨烯中的至少一种。

在一些实施例中，所述正极包括含有正极活性材料的正极材料层，所述正极活性材料包括含钠的层状氧化物、含钠的聚阴离子化合物和含钠的普鲁士蓝化合物中的至少一种；

所述含钠的层状氧化物包括层状过渡金属氧化物，所述层状过渡金属氧化物包括式Ⅰ所示的化合物：

Na_xM_yO_z  式Ⅰ

其中，0＜x≤1，0＜y≤1，1＜z≤2，M选自Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Mn、Sn、Mo、Sb、V中的至少一种；

所述普鲁士蓝化合物包括式Ⅱ所示的化合物：

Na_x′L_y′[L′(CN)₆]_y′·z′H₂O  式Ⅱ

其中，0＜x′≤2，0＜y′≤1，0＜z′≤20，L和L′各自选自Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Mn、Sn、Mo、Sb、V中的至少一种；

所述聚阴离子化合物包括磷酸盐类化合物和硫酸盐类化合物中的至少一种；

所述磷酸盐类化合物包括式Ⅲ或式Ⅳ所示的化合物中的至少一种：

Na₃(M′O_1-qPO₄)₂F_1+2q  式Ⅲ

其中，0≤q≤1，M′选自Al、V、Ge、Fe、Ga中的至少一种：

Na₂EPO₄F式Ⅳ

其中，E选自Fe、Mn中的至少一种；

所述硫酸盐类化合物包括式Ⅴ所示的化合物中的至少一种；

Na₂Y(SO₄)₂·2H₂O  式Ⅴ

其中，Y选自Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Mn、Sn、Mo、Sb、V中的至少一种。

在一些优选的实施例中，所述层状过渡金属氧化物包括NaNi_mFe_nMn_pO₂化合物、NaNi_mCo_nMn_pO₂化合物中的至少一种，其中m+n+p＝1，0≤m≤1，0≤n≤1，0≤p≤1；

所述普鲁士蓝化合物包括Na_x′Mn[Fe(CN)₆]_y′·z′H₂O化合物、Na_x′Fe[Fe(CN)₆]_y′·z′H₂O化合物中的至少一种，其中0＜x′≤2，0＜y′≤1，0＜z′≤20；

所述磷酸盐类化合物包括Na₃(VPO₄)₂F₃、Na₃(VOPO₄)₂F、Na₂FePO₄F、Na₂MnPO₄F中的至少一种。

在一些实施例中，所述钠盐还包括辅助钠盐，所述辅助钠盐包括高氯酸钠、四氟硼酸钠、六氟磷酸钠、双草酸硼酸钠(NaBOB)、二氟草酸硼酸钠(NaODFB)、六氟砷酸钠(NaAsF₆)、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)亚胺钠中的至少一种；

以所述非水电解液的总质量为100％计，所述辅助钠盐的质量百分含量为1％～14％。

通过采用上述辅助钠盐，有利于抑制非水电解液对于正极集流体和负极集流体的腐蚀作用。

在一些实施例中，所述非水电解液还包括添加剂，所述添加剂包括硫酸乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、1,3-丙烯磺酸内酯、1,4-丁烷磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯和双氟代碳酸乙烯酯中的至少一种；

以所述非水电解液的总质量为100％计，所述添加剂的质量百分含量为1％～3％。

在一些实施例中，所述非水有机溶剂包括碳酸酯类、羧酸酯类和醚类中的至少一种；

优选的，所述碳酸酯类包括碳原子数3～5的环状或链状碳酸酯，所述环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、碳酸亚丁酯中的至少一种；所述链状碳酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯中的至少一种；

所述羧酸酯类包括碳原子数2～6的羧酸酯，所述羧酸酯包括乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸丙酯中的至少一种；

所述醚类包括碳原子数4～10的环状醚或链状醚，所述环状醚包括1,3-二氧戊烷、1,4-二氧惡烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃，2-三氟甲基四氢呋喃中的至少一种；所述链状醚包括二甲氧基甲烷、1,2-二甲氧基乙烷、二甘醇二甲醚中的至少一种；

以所述电解液的质量为100％计，所述非水有机溶剂的质量百分含量为70％～92％。

以下通过实施例对本发明进行进一步的说明。

表1

实施例1

本实施例用于说明本发明公开的钠离子电池及其制备方法，包括以下操作步骤：

1)非水电解液的制备：

将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸甲乙酯(EMC)按质量比为EC:PC:EMC＝1:2:7进行混合，以非水电解液的总重量为100％计，加入如表1中实施例1所示质量百分含量的双氟磺酰亚胺钠(NaFSI)和添加剂。

2)正极片的制备：

按93：4：3的质量比混合正极活性材料Na_1.2Ni₂[Fe(CN)₆]_0.5·H₂O、导电碳黑Super-P和粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)，然后将它们分散在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中，得到正极浆料。采用铝箔作为正极集流体，将浆料均匀涂布在铝箔的两面上，经过烘干、压延和真空干燥，得到正极材料层，并用超声波焊机焊上铝制引出线后得到正极片。

3)负极片的制备：

按94:1:2.5:2.5的质量比混合表1所示中值粒径的负极活性材料硬碳、导电碳黑Super-P、粘结剂丁苯橡胶(SBR)和羧甲基纤维素(CMC)，然后将它们分散在去离子水中，得到负极浆料。将浆料涂布在铝箔的两面上，经过烘干、压延和真空干燥，并用超声波焊机焊上镍制引出线后得到负极片。

4)电芯的制备：

在正极片和负极片之间放置隔膜，其中，正极片和负极片的N/P比如表1所示，然后将正极片、负极片和隔膜组成的三明治结构进行卷绕，再将卷绕体压扁后放入铝箔包装袋，在85℃下真空烘烤48h，得到待注液的电芯。

5)电芯的注液和化成：

在露点控制在-40℃以下的手套箱中，将上述制备的电解液注入电芯中，经真空封装，静止24h。

然后按以下步骤进行首次充电的常规化成：将钠离子电池以0.05C恒流充电至少2h，再以0.3C恒流充电至3.5V时停止充电，然后将钠离子电池在室温下老化30～60min，二次真空封口；继续将钠离子电池以0.3C倍率进行充电化成，当化成电位达到3.95V时停止充电，然后将钠离子电池在室温下老化一段时间，继续进行将钠离子电池以0.3C倍率充电化成直至达到100％SOC，得到钠离子电池。

实施例2～19

实施例2～19用于说明本发明公开的钠离子电池及其制备方法，包括实施例1中大部分操作步骤，其不同之处在于：

采用表1中实施例2～19所示的钠盐及添加量、添加剂及添加量、负极活性材料中值粒径和N/P比。

对比例1～14

对比例1～14用于说明本发明公开的钠离子电池及其制备方法，包括实施例1中大部分操作步骤，其不同之处在于：

采用表1中对比例1～14所示的钠盐及添加量、添加剂及添加量、负极活性材料中值粒径和N/P比。

性能测试

对实施例1～19和对比例1～14制备得到的钠离子电池进行如下性能测试：

1、25℃电解液电导率测试

在25℃下，采用电导率测试仪对电解液进行电导率测试。

2、低温性能测试：

在25℃下，将化成后的电池用以0.5C恒流充电至3.9V，之后3.9V恒压充电，截止电流0.05C，然后用0.5C恒流放电至1.5V，记录放电容量。然后0.5C恒流充电至3.9V，之后3.9V恒压充电，截止电流0.05C，再置于-20℃的环境中搁置12h后，0.5C恒流放电至1.5V，记录放电容量。计算公式如下：

-20℃放电容量保持率％＝0.5C放电容量(-20℃)/0.5C放电容量(25℃)×100％

3、循环性能测试：

将实施例和对比例制备得到的钠离子电池至于25℃常温条件下，以0.7C恒流充电至3.9V，之后3.9V恒压充电，截止电流0.05C，然后以1C的电流恒流放电至1.5V，如此循环200周；通过以下公式计算25℃循环200圈容量保持率：

25℃循环200圈容量保持率＝第200周的放电容量/第1周循环放电容量×100％。

4、高温循环性能测试：

将实施例和对比例制备得到的钠离子电池至于45℃高温条件下，以0.7C恒流充电至3.9V，之后3.9V恒压充电，截止电流0.05C，然后以1C的电流恒流放电至1.5V，如此循环200周；通过以下公式计算45℃循环200圈容量保持率：

45℃循环200圈容量保持率＝第200周的放电容量/第1周循环放电容量×100％。

5、倍率性能测试：

在25℃下，将化成后的电池用以0.5C恒流充电至3.9V，之后3.9V恒压充电，截止电流0.05C，然后用0.5C恒流放电至1.5V，记录放电容量。再将电池用以0.5C恒流充电至3.9V，之后3.9V恒压充电，截止电流0.05C，然后用10C恒流放电至1.5V，记录放电容量。通过以下公式计算10C倍率放电容量比：

10C倍率放电容量比％＝0.5C放电容量/10C放电容量×100％

6、析钠现象测试：

将实施例和对比例制备得到的钠离子电池至于25℃常温条件下，以0.7C恒流充电至3.9V，之后3.9V恒压充电，截止电流0.05C，然后以10C的电流恒流放电至1.5V，如此循环50周，然后拆解电池，取出负极观察是否出现析钠现象。

(1)实施例1～16和对比例1～14得到的测试结果填入表2。

表2

由实施例1-16和对比例1～14的测试结果可知，钠离子电池的N/P比x、负极活性材料的中值粒径y和非水电解液中NaFSI的质量百分含量z在维持非水电解液的稳定性和提高钠离子电池性能方面具有明显的关联，当钠离子电池的N/P比x、负极活性材料的中值粒径y和非水电解液中NaFSI的质量百分含量z满足关系式：0.5≤x*y/z≤4.5，且1.05≤x≤1.20，2≤y≤12，1≤z≤12时，得到的钠离子电池具有较好的低温和高温放电容量保持率，同时满足10C以上高倍率放电要求，且不发生析钠的问题。推测是由于NaFSI参与到负极表面钝化膜的形成，而通过调节钠离子电池的N/P比和负极活性材料的中值粒径能够调节NaFSI与负极表面的接触面积和接触浓度，以及非水电解液对于负极材料层内部的渗透，最终影响NaFSI所参与形成的钝化膜的稳定性和致密程度，并使其处于较薄的水平，以起到降低负极与非水电解液之间界面离子传导电阻的作用，有利于在低温条件下和大倍率放电条件下钠离子电池性能的提升，同时使钝化膜致密化，使其更加稳定，进而在高温条件下避免非水电解液的副反应的发生，提高钠离子电池的高温循环性能。

由实施例1-16的测试结果可知，当钠离子电池的N/P比x、负极活性材料的中值粒径y和非水电解液中NaFSI的质量百分含量z进一步满足条件0.8≤x*y/z≤3.2，且1.10≤x≤1.18，4≤y≤8，2≤z≤11时，钠离子电池具有最佳的综合性能。

从对比例1～7的测试结果可知，当x值、y值和z值中有一个参数超过限定范围，即使能满足关系式：0.5≤x*y/z≤4.5的要求，钠离子电池在高温条件下的容量保持率、低温条件的容量保持率和大倍率放电的容量比也较差，说明当钠离子电池的N/P比x、负极活性材料的中值粒径y和非水电解液中NaFSI的质量百分含量z过高或过低时，均会影响负极表面钝化膜的形成，以及非水电解液在快放条件下的稳定性，部分情况下还会导致析钠现象的发生。从对比例8～14的测试结果可知，即使x值、y值和z值值均满足其参数范围限定，但x*y/z值过大或过小时，均会导致电池高低温性能和快放性能的劣化，说明钠离子电池的N/P比x、负极活性材料的中值粒径y和非水电解液中NaFSI的质量百分含量z之间存在相互影响的作用，当且仅当三者达到较好的平衡状态时，才能够对钠离子电池的高低温性能和快放性能起到较为明显的提升作用。

(2)实施例1、17～19得到的测试结果填入表3。

表3

由实施例1、17～19的测试结果可知，在本发明提供的电池体系的基础上，将添加剂FEC替换成DTD(硫酸乙烯酯)、1,3-PS(1,3-丙烷磺内酯)、RPS(1,3-丙烯磺内酯)，同样能够保证钠离子电池的高低温性能和大倍率放电性能处于较优的水平，说明，本发明提供的电池体系与DTD(硫酸乙烯酯)、1,3-PS(1,3-丙烷磺内酯)、RPS(1,3-丙烯磺内酯)FEC(氟代碳酸乙烯酯)均具有较好的配合效果，其中，可以看出的是，在本发明提供的钠离子电池体系中，采用FEC(氟代碳酸乙烯酯)作为添加剂时，对于钠离子电池的高低温性能和大倍率放电性能具有最优的提升效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钠离子电池，其特征在于，包括正极、负极和非水电解液，所述负极包括含有负极活性材料的负极材料层，所述非水电解液包括非水有机溶剂和钠盐，所述钠盐包括双(氟磺酰)亚胺钠；

所述钠离子电池满足以下条件：

0.5≤x*y/z≤4.5，且1.05≤x≤1.20，2≤y≤12，1≤z≤12；

其中，x为钠离子电池的N/P比；

y为负极活性材料的中值粒径，单位为μm；

z为非水电解液中双(氟磺酰)亚胺钠的质量百分含量，单位为％。

2.根据权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述钠离子电池满足以下条件：

0.8≤x*y/z≤3.2。

3.根据权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述钠离子电池的N/P比x为1.10～1.18。

4.根据权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述负极活性材料的中值粒径y为4～8μm。

5.根据权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述非水电解液中双(氟磺酰)亚胺钠的质量百分含量z为2％～11％。

6.根据权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述负极活性材料包括软碳、硬碳、碳纳米管、膨胀石墨和石墨烯中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述正极包括含有正极活性材料的正极材料层，所述正极活性材料包括含钠的层状氧化物、含钠的聚阴离子化合物和含钠的普鲁士蓝化合物中的至少一种；

优选的，所述含钠的层状氧化物包括层状过渡金属氧化物，所述层状过渡金属氧化物包括式Ⅰ所示的化合物：

Na_xM_yO_z式Ⅰ

其中，0＜x≤1，0＜y≤1，1＜z≤2，M选自Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Mn、Sn、Mo、Sb、V中的至少一种；

所述普鲁士蓝化合物包括式Ⅱ所示的化合物：

Na_x′L_y′[L′(CN)₆]_y′·z′H₂O式Ⅱ

其中，0＜x′≤2，0＜y′≤1，0＜z′≤20，L和L′各自选自Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Mn、Sn、Mo、Sb、V中的至少一种；

所述聚阴离子化合物包括磷酸盐类化合物和硫酸盐类化合物中的至少一种；

所述磷酸盐类化合物包括式Ⅲ或式Ⅳ所示的化合物中的至少一种：

Na₃(M′O_1-qPO₄)₂F_1+2q式Ⅲ

其中，0≤q≤1，M′选自Al、V、Ge、Fe、Ga中的至少一种；

Na₂EPO₄F式Ⅳ

其中，E选自Fe、Mn中的至少一种；

所述硫酸盐类化合物包括式Ⅴ所示的化合物中的至少一种：

Na₂Y(SO₄)₂·2H₂O式Ⅴ

其中，Y选自Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Mn、Sn、Mo、Sb、V中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述钠盐还包括辅助钠盐，所述辅助钠盐包括高氯酸钠、四氟硼酸钠、六氟磷酸钠、双草酸硼酸钠、二氟草酸硼酸钠、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)亚胺钠中的至少一种；

以所述非水电解液的总质量为100％计，所述辅助钠盐的质量百分含量为1％～14％。

9.根据权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述非水电解液还包括添加剂，所述添加剂包括硫酸乙烯酯、1,3-丙烷磺酸内酯、1,3-丙烯磺酸内酯、1,4-丁烷磺酸内酯、氟代碳酸乙烯酯和双氟代碳酸乙烯酯中的至少一种；

以所述非水电解液的总质量为100％计，所述添加剂的质量百分含量为1％～3％。

10.根据权利要求1所述的钠离子电池，其特征在于，所述非水有机溶剂包括碳酸酯类、羧酸酯类和醚类中的至少一种；

优选的，所述碳酸酯类包括碳原子数3～5的环状或链状碳酸酯，所述环状碳酸酯包括碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、碳酸亚丁酯中的至少一种；所述链状碳酸酯包括碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯中的至少一种；

所述羧酸酯类包括碳原子数2～6的羧酸酯，所述羧酸酯包括乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸丙酯中的至少一种；

所述醚类包括碳原子数4～10的环状醚或链状醚，所述环状醚包括1,3-二氧戊烷、1,4-二氧惡烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃，2-三氟甲基四氢呋喃中的至少一种；所述链状醚包括二甲氧基甲烷、1,2-二甲氧基乙烷、二甘醇二甲醚中的至少一种；

以所述电解液的质量为100％计，所述非水有机溶剂的质量百分含量为70％～92％。