一种钠离子电池及其化成方法与流程

本发明涉及钠离子电池，更具体的是涉及钠离子电池及其化成方法。

背景技术：

1、钠离子电池由于具有成本低、安全性能好、低温性能佳、循环寿命长等优点，被认为是未来替代锂离子电池广泛应用于储能领域的二次电池。当前，在钠离子电池生产制造中，为了保证形成更良好稳定的sei膜，电池化成采用前期小倍率电流、然后阶梯式充电至100％soc的方式，这使得整个化成周期较长，形成的sei膜厚度一致性较差，内阻增加明显，且化成过程产生更多的气体，导致界面析钠的风险提高，最终制造的电池首效容量较低，循环性能和存储性能较差，另外较长的化成工序生产的周期也降低了生产效率，提高了制造成本。因此，如何优化化成工艺，提升钠离子电池的性能及生产效率是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：为了解决上述技术问题，本发明提供一种钠离子电池及其化成方法。旨在缩减钠离子电池化成总时长，同时提高sie膜形成质量、提升电池性能。

2、本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

3、本发明的第一个方面提供一种钠离子电池的化成方法，钠离子电池的电芯注液常温静置和高温静置设定时间后，在化成压力和化成温度下对电池进行五次阶梯式充电，五次阶梯式充电包括如下步骤：

4、步骤h1、根据第一充电条件对钠离子电池持续恒流充电达到第一化成阶段；第一充电条件为达到第一充电电流，第一化成阶段为钠离子电池的soc值达到第一soc；

5、步骤h2、静置第一预设时长；

6、步骤h3、在静置达到第一预设时长后，根据第二充电条件对钠离子电池持续恒流充电达到第而化成阶段；第二充电条件为达到第二充电电流；第二化成阶段为钠离子电池的soc值达到第二soc；

7、步骤h4、静置第二预设时长；

8、步骤h5、静置第二预设时长后，根据第三充电条件对钠离子电池持续恒流充电达到第而化成阶段；第三充电条件为达到第三充电电流；第三化成阶段为钠离子电池的soc值达到第三soc；

9、步骤h6、静置第三预设时长；

10、步骤h7、静置第三预设时长后，根据第四充电条件对钠离子电池持续恒流充电达到第而化成阶段；第四充电条件为达到第四充电电流；第四化成阶段为钠离子电池的soc值达到第四soc；

11、步骤h8、静置第四预设时长；

12、步骤h9、在静置达到第四预设时间段后，根据第五充电条件对钠离子电池持续恒流充电达到第而化成阶段；第五充电条件为达到第五充电电流；第五化成阶段为钠离子电池的soc值达到第五soc；

13、静置第五预设时长，化成结束。

14、具体来说，钠离子电池的化成过程旨在形成质量优良的se i膜，而se i膜的质量与化成工艺中的温度、充电倍率、充电时间、充电深度等因素紧密相关。理论上，在钠离子电池首次化成期间，钠离子电池的主材与电解液之间首先形成的是无机层。无机层的形成是一个双电子反应过程，这使得无机层变得致密，能够有效地隔离电解液与主材的直接接触，从而防止电解液进一步还原分解。

15、本方案中，钠离子电池的电芯注液常温加高温静置设定时间后，在化成压力和化成温度下对钠离子电池进行五次阶梯式充电。缩减钠离子电池化成总时长，同时提高sie膜形成质量、提升离子电池性能。

16、在一个实施方式中，常温静置温度均为25±5℃，常温静置时间为6～8h。

17、具体来说，常温静置温度为25±5℃，例如20℃、25℃或30℃等；静置时间为6～8h，例如6h、7h或8h等。

18、在一个实施方式中，高温静置温度为45±5℃，高温静置时间均为8～16h。

19、具体来说，高温静置温度45±5℃，例如40℃、41℃、42℃、43℃、44℃、45℃、46℃、47℃、48℃、49℃或50℃等；高温静置时间为8～16h，例如8h、12h或16h等。

20、其中，在静置过程中，优选常温和高温静置温度和时长的组合方式为：常温静置温度为25℃，常温静置时间为6h，高温静置温度45℃，高温静置时间为12h。

21、在一个实施方式中，化成压力均为300～600kgf。

22、具体来说，化成压力为300～600kgf，例如300kgf、400kgf、500kgf或600kgf等。

23、在一个实施方式中，化成温度均为30～45℃。

24、具体来说，化成温度均为30～45℃，例如30℃、35℃、40℃、50℃，优选的化成温度为30℃。

25、在一个实施方式中，步骤h1中，第一充电电流为0.01c～0.02c；步骤h3中，第二充电电流为0.02c～0.03c；步骤h5中，第三充电电流为0.03c～0.05c；步骤h7中，第四充电电流为0.1c～0.15c；步骤h9中，第五充电电流为0.33c～0.5c。

26、具体来说，第一充电电流到第五充电电流的优选组合方式为：第一充电电流为0.01c，第二充电电流为0.02c，第三充电电流为0.05c，第四充电电流为0.10c，第五充电电流为0.33c。

27、在一个实施方式中，步骤h1中，第一soc为1.0％～2.0％；步骤h3中，第二soc为2.0％～3.0％；步骤h5中，第三soc为3.0％～5.0％；步骤h7中，第四soc为20.0％～30.0％；步骤h9中，第五soc为15.0％～20.0％。

28、具体来说，化成初期采用极小电流，后续阶梯式方式充电，每个阶段均结合较低soc控制，不仅可以得到高质量的se i膜，而且可以极大缩短化成时间，降低生产成本，同时氦可以对对多种型号钠离子电池采用，具有通用性强和化成效果良好的优点。

29、在一个实施方式中，第一soc为1％，第二soc为2％，第三soc为5％，第四soc为20％，第二soc为12％。

30、具体来说，第一soc到第五soc的优选组合方式为：第一soc为1％，第二soc为2％，第三soc为5％，第四soc为20％，第二soc为12％。

31、在一个实施方式中，步骤h 2中，第一预设时长为2～5min；步骤h 4中，第二预设时长为1～5min；步骤h 6中，第三预设时长为1～5min；步骤h 8中，第四预设时长为1～5min。

32、具体来说，对钠离子电池每一充电阶段完成充电后进行短暂静置，可以使钠离子电池性能的稳定性得以保证，进而提高钠离子电池性能的一致性。

33、第一预设时长到第五预设时长的优选组合方式为：第一预设时长为2min，第二预设时长为1min，第三预设时长为1min，第四预设时长为1min。

34、本发明的第二个方面提供一种钠离子电池，采用上述一种钠离子电池的化成方法制备得到。

35、本发明的有益效果如下：

36、本发明设计合理，在对钠离子电池进行化成时，采用阶梯式式充电方式进行化成，主要有以下增益效果：

37、1、减少了化成总充电时间同时降低电池整体充电深度(电池荷电状态soc为充电深度)，减少电池化成过程产气量，提高了电池内部隔膜与负极的均匀接触面积，从而增强了钠离子的导电率。

38、2、在第一、二和三化成充电阶段中，缩短小电流的充电时间，减少了负极界面上形成的无机层的厚度，提高了钠离子与电子交换的速率，增强了se i界面膜的钠离子传输能力。

39、3、在第四和五化成充电阶段中，通过增加高倍率充电，形成了多孔的有机层，有机层内可以存储电解液，促进了钠离子的传输速率。

40、4、本发明提供的化成方法中，在不对钠离子电池进行抽真空负压、热压及电压限制等手段的化成情况下，可形成高质量的sei膜，使得电池内阻较小、能量密度高、电池容量和首效较高、循环胀气率较低，从而使电池循环性能和高温存储性能提高。

41、5、本发明提供的化成方法化成时间短，极大的降低了生产成本，可对多种型号钠离子电池采用，具有通用性强和化成效果良好的优点。