[发明专利]用于预钠化的化合物及其制备方法、正极预钠化材料及其制备方法、钠离子电池

说明书

本申请涉及储能技术领域，具体而言，涉及一种用于预钠化的化合物及其制备方法、正极预钠化材料及其制备方法、钠离子电池。该用于预钠化的化合物的化学式为Na_xM_yO_z，其中3≤x≤7，1≤y≤2，4≤z≤7，M为Nb、Ta或V中的一种或多种。该化合物应用于钠离子电池，在电池充电过程中，化合物不可逆分解释放活性钠离子，补充负极SEI生长导致的活性钠损失，可达到提升钠离子电池能量密度和循环寿命的效果。该正极预钠化材料，通过设置前述的化合物，使得分解电位较低，充电比容量高，放电过程不可逆，可实现较好的钠离子电池原位预钠化效果。本申请提供的正极预钠化材料，具有良好的空气稳定性，可兼容现有钠离子电池生产工艺，具有商业化应用前景。

技术领域

本申请涉及储能技术领域，具体而言，涉及一种用于预钠化的化合物及其制备方法、正极预钠化材料及其制备方法、钠离子电池。

背景技术

钠离子储能器件在首次循环过程中由于负极界面处形成固体电解质界面(SEI)，导致产生不可逆容量损失，活性钠含量降低会造成钠离子储能器件能量密度的下降。钠离子电池中负极材料选用硬碳，其硬碳化程度较低，孔隙率大，导致其首次库伦效率较低，造成钠离子电池首周容量损失较大，需要通过原位预钠化技术来提升其能量密度。

现有钠离子电池补钠技术主要有正极预钠化和负极预钠化两种方式，其中负极预钠化需要使用金属钠，金属钠相比金属锂活性更高，空气稳定性更差，更加危险，这导致负极预钠化工艺复杂、操作环境要求高，安全隐患大。

现有正极预钠化技术通过在钠离子电池正极添加钠的化合物，如钠的氧化物：氧化钠、过氧化钠、超氧化钠；钠的有机化合物：氰尿酸三钠，抗坏血酸钠，尿酸钠；现有技术中选用的钠的化合物中，钠的氧化物活性很高，空气稳定性很差，安全风险大，很难在现有钠离子电池工艺下实现规模化应用。钠的有机化合物脱钠比容量较低，用作预钠化材料对钠离子电池能量密度提升较小，同时钠的有机化合物在脱钠分解过程中会产生CO₂、O₂等气体，钠离子电池造成负面影响。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种新的用于预钠化的化合物及其制备方法、正极预钠化材料及其制备方法、钠离子电池。

第一方面，本申请提供一种用于预钠化的化合物，该用于预钠化的化合物的化学式为NaxMyOz，其中3≤x≤7，1≤y≤2，4≤z≤7，M为Nb、Ta或V中的一种或多种。

该化合物应用于钠离子电池，在电池充电过程中，化合物不可逆分解释放活性钠离子，补充负极SEI生长导致的活性钠损失，可达到提升钠离子电池能量密度和循环寿命的效果。

在本申请的其他实施例中，上述用于预钠化的化合物包括：Na₅NbO₅、Na₃NbO₄、Na₄Nb₂O₇、Na₅VO₅、Na₃VO₄、Na₅TaO₅或者Na₃TaO₄。

在本申请的其他实施例中，上述用于预钠化的化合物的粒径在10nm-100μm范围内。

第二方面，本申请提供一种正极预钠化材料，包括前述任一项的用于预钠化的化合物。

本申请提供的正极预钠化材料，通过设置前述的化合物，使得分解电位较低，充电比容量高，放电过程不可逆，可实现较好的钠离子电池原位预钠化效果。本申请提供的正极预钠化材料，具有良好的空气稳定性，可兼容现有钠离子电池生产工艺，具有商业化应用前景。

在本申请的其他实施例中，上述正极预钠化材料还包括还原剂；可选地，按照质量比计，还原剂与用于预钠化的化合物的比为(1：100)-(1:1)；