[發(fā)明專利]一種鈉離子電池負極片及鈉離子電池

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510231704.4
• 申請日: 2015-05-08
• 公開（公告）號: CN104966813A
• 公開（公告）日: 2015-10-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 崔光磊;韓鵬獻;姚建華;韓曉琪
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: H01M4/133
• 分類號: H01M4/133;H01M4/587;H01M10/054;H01M4/1393
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電化學(xué)儲能器件，特別涉及一種鈉離子電池負極片及使用該負極片的鋰離子電容器。

背景技術(shù)

在全球高度重視氣候變化與節(jié)能減碳的趨勢中，新能源產(chǎn)業(yè)成為新世紀的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)之一。作為新能源產(chǎn)業(yè)的重要支撐和輔助技術(shù)，儲能器件受各方關(guān)注。在我國，隨著純電動汽車和混合動力汽車的快速發(fā)展、智能電網(wǎng)的穩(wěn)步推進、風(fēng)能和太陽能等可再生能源的大規(guī)模入網(wǎng)、地區(qū)峰值負荷的增長，各種應(yīng)用問題也隨之出現(xiàn)，對儲能器件的能量密度、功率密度、使用壽命及成本提出了更高的要求。

鋰離子電池是當(dāng)今技術(shù)發(fā)展最為成熟、應(yīng)用最為廣泛的電化學(xué)儲能器件，然而，鋰在地殼中的豐度很低。隨著新能源行業(yè)對鋰離子電池需求量的日益增加，從而對鋰的需求量提出了更大的需求，這就大大限制了鋰離子電池在大規(guī)模儲能裝置的快速發(fā)展。因此，尋找可替代鋰資源、發(fā)展下一代新型高性能儲能器件成為迫在眉睫的問題。鈉金屬與鋰金屬在元素周期表中同處于第Ⅰ主族，在電化學(xué)反應(yīng)過程中具有相似的行為，因此完全可以將現(xiàn)有鋰離子儲能電池中的鋰替換成鈉，開發(fā)高性能鈉離子電池，并且鈉金屬在地殼中的豐度要遠高于鋰金屬，廣闊的海洋中蘊含著豐富的鋰資源，成本低廉。

常規(guī)的鈉離子電池一般采用硬炭或合金類材料作為負極，以脂類液體材料作為鈉離子電池電解液中的溶劑。如報道Journal?of?Power?Sources,?2013,?244:?752、Electrochimica?Acta,?2002,?47:?3303、Electrochemistry?Communications,?2013,?27:?85是采用硬炭材料作負極；另外的報道如Nanoscale,?2013,?5:?594、Journal?of?Materials?Chemistry?A,?2013,?1:1781、?Physical?Chemistry?Chemical?Physics,?2013,?15:?10885?采用合金材料作負極，這些材料除制備條件比較苛刻外（尤其是合金類材料），在用于鈉離子電池負極片時，必須與粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑材料混合成漿料按一定厚度涂覆在導(dǎo)電集流體上，不可以避免的帶來工藝流程的復(fù)雜，且與集流體與漿料之間不可避免帶來接觸電阻，另外由于極片厚度往往達到100?微米甚至200微米，電池的體積明顯增加，這樣影響了鈉離子電池體積能量密度的發(fā)揮。而對于合金類材料，在充放電過程中，鈉離子在合金負極材料中反復(fù)的嵌入/脫出，造成巨大的體積膨脹和收縮效應(yīng)，從而材料結(jié)構(gòu)坍塌，影響鈉離子電池循環(huán)性能和安全性。專利CN103647068A、CN103633310A、CN103553129A?公開的合金負極材料及CN102701184A、CN102709534A所公開的炭負極材料均存在著相似的問題。另外，從公開的文獻報道和公開的專利來看，尚無發(fā)現(xiàn)采用激光刻蝕法制備多孔石墨膜在鈉離子電池負極中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決上述存在的問題，提供了一種鈉離子電池負極片及鈉離子電池。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種鈉離子電池負極片，該負極片為多孔石墨膜，孔的形狀為圓形結(jié)構(gòu)，孔的直徑為10~100?微米，孔的圓心之間距離為50~500?微米，多孔石墨膜中碳原子所占質(zhì)量比大于99%。

所述的鈉離子電池負極片，多孔石墨膜的基材可以是聚酰亞胺石墨膜、膨脹石墨膜、石墨烯復(fù)合膜中的一種。

所述的鈉離子電池負極片，多孔石墨膜是將基材通過激光刻蝕方法得到，激光刻蝕參數(shù)為：?功率10~50W，?打標(biāo)速度500~3000mm/s?，?激光焦距50~300mm，?激光波長100~2000nm，頻率5~30kHz，孔的直徑及孔之間距離分別通過調(diào)整激光光束切割直徑及孔距來實現(xiàn)。

一種利用上述的負極片制備的鈉離子電池，包括正極片、負極片、隔膜、電解液，所述的鈉離子電池電解液中溶劑為二乙醇二甲醚、四乙醇二甲醚、四氫呋喃中的一種或多種，電解質(zhì)為高氯酸鈉、六氟磷酸鈉、四氟硼酸鈉、三氟甲基磺酸鈉中的一種。

所述的鈉離子電池，?正極片是將正極活性材料與粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑按質(zhì)量比100:2~10:5~10?比例混合后涂覆與鋁箔集流體，再真空烘干后得到。