鈉離子電池、電子設備、電池包和儲能系統的制作方法

本技術涉及新能源領域，具體涉及一種鈉離子電池、電子設備、電池包和儲能系統。

背景技術：

1、隨著鋰離子電池的原材料成本大幅上漲，鈉離子電池由于原料豐富、價格低廉，而逐步成為研究的熱點。目前，鈉離子電池技術日益成熟，其在大規模儲能、5g基站等小型靜態儲能電站、低速電動車等方面顯現出了巨大的應用前景。在儲能領域，鈉離子電池的安全性能是決定該體系電池能否實際應用于儲能的關鍵考量。因此，提升鈉離子電池在過充、針刺、擠壓等關鍵安全性測試中的性能具有重要意義。

2、目前，鈉離子電池的正極材料通常選用層狀氧化物正極材料，相對于其他種類的正極材料，層狀氧化物正極材料具有能量密度高，且易于合成的特點，是當前公認的最有競爭力的鈉離子電池正極材料之一。然后，由于層狀氧化物正極材料熱穩定性較差。當含有該正極材料的鈉離子電池經受過充、針刺或擠壓等狀況時，容易發生熱失控，引發安全問題。

技術實現思路

1、本技術提供了一種鈉離子電池、電子設備、電池包和儲能系統，以提高含有層狀氧化物正極材料的鈉離子電池的安全性能，降低過充、針刺或擠壓情況下的失控率。

2、第一方面，本技術提供一種鈉離子電池。該鈉離子電池包括正極極片和負極極片，所述正極極片包括正極集流體、防護涂層和正極涂層，所述防護涂層設置在所述正極集流體至少一側表面，所述正極涂層設置在所述防護涂層表面。所述防護涂層包括聚陰離子化合物、第一粘結劑和第一導電劑，所述聚陰離子化合物為鈉的聚陰離子化合物；所述正極涂層包括正極層狀氧化物、第二粘結劑和第二導電劑，所述正極層狀氧化物為鈉的層狀氧化物；所述聚陰離子化合物的中值粒徑d501，所述正極層狀氧化物的中值粒徑d502，所述第一粘結劑在所述防護涂層的質量占比x％，所述第二粘結劑在所述正極涂層的質量占比y％，滿足以下關系1<(xd502)/(200yd501)<160。

3、本技術的鈉離子電池，防護涂層中的第一粘結劑的含量可影響防護涂層自身結構的粘結力，也會影響防護涂層與正極集流體之間的粘結力。而聚陰離子化合物的顆粒粒徑過大會影響防護涂層與正極集流體之間的粘結強度，聚陰離子化合物的顆粒粒徑過小，又會影響防護涂層自身的粘結性能。同樣，正極涂層中，第二粘結劑的含量可影響防護涂層自身結構的粘結力，也會影響正極涂層與防護涂層之間的粘結力。而正極層狀氧化物的顆粒粒徑過大會影響正極涂層與防護涂層之間的粘結強度，正極層狀氧化物的顆粒粒徑過小，又會影響正極涂層自身的粘結性能。同時正極層狀氧化物的顆粒大小還會影響鈉離子電池的離子導通性能。本技術通過大量實驗獲知，當第一粘結劑的含量、第二粘結劑的含量、聚陰離子化合物的顆粒粒徑以及正極層狀氧化物之間的關系滿足1<(xd502)/(200yd501)<160時，防護涂層在具有較高自身強度，其結構不易發生松散的情況下，可與正極集流體保持較高的粘結強度。同時，可使正極涂層相對于防護涂層具有較低的粘結強度。當鈉離子電池發生針刺、過程、擠壓等情況時，防護涂層可保持更高的完整性，而使正極涂層發生瓦解，從而防止正極涂層與鈉離子電池的負極極片相接觸，保護鈉離子電池不發生短路。由此，當第一粘結劑的含量、第二粘結劑的含量、聚陰離子化合物的顆粒粒徑以及正極層狀氧化物之間的關系滿足1<(xd502)/(200yd501)<160時，可有效改善防護涂層和正極涂層之間的粘結性能，提高鈉離子電池在過充、針刺和擠壓等狀態下的穩定性，提高鈉離子電池的安全性。

4、在一種可選的實施例中，所述聚陰離子化合物的中值粒徑d501的取值范圍0.1～1μm，所述正極層狀氧化物的中值粒徑d502的取值范圍為10～20μm；所述第一粘結劑在所述防護涂層的質量占比為1％～35％，所述第二粘結劑在所述正極涂層的質量占比1％～5％。當聚陰離子化合物的中值粒徑d501、正極層狀氧化物的中值粒徑d502、第一粘結劑在防護涂層的質量占比x％和第二粘結劑在正極涂層的質量占比y％，滿足上述范圍數值時，可進一步調整正極集流體、防護涂層和正極涂層兩兩之間粘結力的相對大小，以進一步提高鈉離子電池的安全性。

5、在一種可選的實施例中，所述防護涂層的厚度為5～20μm。防護涂層的厚度過小，無法起到防針刺以及擠壓的效果；防護涂層的厚度過厚，又會影響鈉離子電池的比容量。當防護涂層的厚度為5～20μm時，可在不降低鈉離子電池容量的同時，并在有效保證鈉離子電池的防過充性能的基礎上，進一步提高鈉離子電池的防針刺以及防擠壓性能。

6、在一種可選的實施例中，所述防護涂層與所述正極集流體的粘結力為n1，所述防護涂層與所述正極涂層之間的粘結力為n2，n1-n2≥10n。當防護涂層與正極集流體之間的粘結力大于防護涂層與正極涂層之間的粘結力時，且兩者的差值大于10n時，在針刺過程中，防護涂層可更傾向粘結于正極集流體的表面，從而阻斷正極集流體和負極集流體直接接觸，從而進一步鈉離子電池的防針刺性能。

7、在一種可選的實施例中，所述防護涂層中，所述聚陰離子化合物的質量占比可為85％～90％，所述第一導電劑的質量占比可為2％～15％。在一種可選的實施例中，所述聚陰離子化合物包括選自na4mxny(po4)2(p2o7)/c、na4fexmypo4p2o7f3/c、na3fexmypo4f/c、na2fexmyp2o7/c、naxmy(po4)z和naxmy(so4)z中的至少一種。其中，m選自fe、ni、mn、co、cu、zn、mg、al、ca、sr、ce、ti、zr、sn、v、nb、sb或mo中至少一種，x、y、z的取值滿足化學式的電荷平衡。上述聚陰離子的穩定性更高，利用上述聚陰離子形成的防護涂層更穩定，可進一步有助于提升鈉離子電池的防過充、放擠壓和防針刺的性能，進而提升鈉離子電池的安全性能。

8、在一種可選的實施例中，所述正極涂層的厚度為50～300μm。正極涂層的厚度過小，影響鈉離子電池的容量；正極涂層的厚度過大，則會降低正極涂層自身的粘結性能以及與防護涂層之間的粘結強度，在鈉離子電池的充放電過程中，容易造成正極涂層的脫落，進而影響鈉離子電池的使用壽命。

9、在一種可選實現方式中，所述正極涂層中，所述正極層狀氧化物的質量占比可為93％～99％，所述第二導電劑的質量占比可為0.5％～5％。正極層狀氧化物主要用于提升鈉離子電池的容量。當正極層狀氧化物在正極涂層中的質量占比在93％～99％范圍內時，可以有效提高鈉離子電池的容量。在正極涂層中，正極層狀氧化物占比較多，第二導電劑和第二粘結劑占比較少，可較少正極涂層自身的粘結力，使其在正常工作狀態下保持較高的完整性，提高鈉離子電池的循環性能，并且過充、擠壓和針刺時容易脫落，使鈉離子電池具有較高的安全性能。

10、在一種可選的實施例中，所述正極層狀氧化物為nammnop，其中，m選自mn，ni、li、mg、al、fe、co、cu、zn、ca、sr、ce、cr、ti、zr、sn、v、nb、sb或mo中至少一種，且至少包含mn和ni中的至少一種；m≥0.44，n≥1，p≥2，m、n、p的取值滿足化學式的電荷平衡。采用上述正極層狀氧化物形成正極涂層，可有利于提升鈉離子電池的容量。

11、第二方面，本技術提供一種電子設備。該端設備包括如本技術的鈉離子電池和殼體，鈉離子電池設于殼體內部。

12、本技術的電子設備包括但不限于手機、電腦、手表、顯示屏等設備。

13、第三方面，本技術提供一種電池包，所述電池包包括本技術的鈉離子電池，多個所述鈉離子電池串聯或并聯連接。

14、第四方面，本技術提供一種儲能系統，所述儲能系統包括本技術的電池包和功率變換器；所述功率變換器用于將所述電池包輸出的電壓進行功率變換輸出給電網或者負載，和/或，將外部電源輸出的電壓進行功率變換輸出給所述電池包。

15、上述第二方面至第四方面可以達到的技術效果，可以參照上述第一方面中的相應效果描述，這里不再重復贅述。

16、其中，本技術上述各可能實現方式中的數據，例如聚陰離子化合物的中值粒徑d501、正極層狀氧化物的中值粒徑d502、第一粘結劑在防護涂層的質量占比、第二粘結劑在正極涂層的質量占比、防護涂層的厚度、正極涂層的厚度等數據，在測量時，工程測量誤差范圍內的數值均應理解為在本技術所限定的范圍內。