[發(fā)明專利]一種多孔錫箔負(fù)極及其制備方法和鈉離子二次電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611248878.2
• 申請(qǐng)日: 2016-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN106848272B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐永炳;謝呈德;圣茂華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳中科瑞能實(shí)業(yè)有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/38
• 分類號(hào): H01M4/38;H01M4/04;H01M10/054
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強(qiáng)

本發(fā)明提供了一種多孔錫箔負(fù)極，包括多孔錫箔，所述多孔錫箔上設(shè)有多孔孔洞，以相鄰三個(gè)孔洞的中心連線構(gòu)成的三角形區(qū)域?yàn)樽钚卧?，每個(gè)所述最小單元中孔洞的面積占比均為1％?89％，所述多孔錫箔的邊緣與多孔孔洞之間的距離為0.1mm?10mm。該多孔錫箔負(fù)極可應(yīng)用于以錫箔同時(shí)作為集流體和負(fù)極活性材料的新型鈉離子電池體系中，有效解決錫鈉合金化帶來(lái)的電池膨脹問(wèn)題，且可以有效降低電解液在電池充放電循環(huán)過(guò)程中固體電解質(zhì)膜被破壞而分解的問(wèn)題，以及由于錫箔毛刺刺破隔膜導(dǎo)致的短路問(wèn)題，進(jìn)而提高電池的充放電效率、循環(huán)穩(wěn)定性以及安全性能。本發(fā)明還提供了一種多孔錫箔負(fù)極的制備方法和鈉離子二次電池。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鈉離子二次電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種多孔錫箔負(fù)極及其制備方法和鈉離子二次電池。

背景技術(shù)

2016年，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院在新型高效電池研究方面取得突破性進(jìn)展，開發(fā)了一種全新的鋁-石墨雙離子電池技術(shù)，該研究成果發(fā)布在《Advanced EnergyMaterials》上(DOI:10.1002/aenm.201502588)，該新型高效電池體系利用鋁箔作為負(fù)極片，鋁箔同時(shí)充當(dāng)集流體和負(fù)極活性材料，由于減少了傳統(tǒng)的負(fù)極活性材料，比能量密度更高、成本更低，具有極大的應(yīng)用前景。

與此同時(shí)，該研究院針對(duì)雙離子電池進(jìn)行深入的研究并提出了錫-石墨雙離子電池技術(shù)，該電池以石墨作為正極，以錫箔同時(shí)作為負(fù)極活性材料和集流體，利用陽(yáng)離子鈉和錫充放電時(shí)形成合金和去合金以及陰離子在石墨中嵌入和脫出的形式實(shí)現(xiàn)電池工作。雖然由于減少了傳統(tǒng)的負(fù)極活性材料，這種新型高效電池體系的比能量密度更高、成本更低，但是利用錫箔作為負(fù)極極片時(shí)存在一些問(wèn)題，例如錫鈉合金化時(shí)產(chǎn)生的體積膨脹(112％)使得負(fù)極粉化的問(wèn)題，以及錫箔充放電過(guò)程中與電解液兼容的問(wèn)題，從而影響電池充放電效率、循環(huán)性能以及安全性能。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明第一方面提供了一種多孔錫箔負(fù)極，該多孔錫箔負(fù)極可應(yīng)用于以錫箔同時(shí)作為集流體和負(fù)極活性材料的新型電池體系中，其可以有效解決電池膨脹問(wèn)題，且可以有效降低電解液在電池充放電循環(huán)過(guò)程中固體電解質(zhì)膜被破壞而分解的問(wèn)題，以及由于錫箔毛刺刺破隔膜導(dǎo)致的短路問(wèn)題，進(jìn)而提高電池的充放電效率、循環(huán)性能以及安全性能。

具體地，第一方面，本發(fā)明提供了一種多孔錫箔負(fù)極，包括多孔錫箔，所述多孔錫箔上設(shè)有均勻排布的多孔孔洞，以相鄰三個(gè)孔洞的中心連線構(gòu)成的三角形區(qū)域?yàn)樽钚卧總€(gè)所述最小單元中孔洞的面積占比均為1％-89％，所述多孔錫箔的邊緣與最外圍的多孔孔洞之間的距離為0.1mm-10mm。本發(fā)明中，所述多孔錫箔負(fù)極中，所述多孔錫箔同時(shí)充當(dāng)集流體和負(fù)極活性材料。

眾所周知，電池極片活性材料涂覆均勻性和一致性是電池電性能和安全性能關(guān)鍵因素，因此在電池制造過(guò)程中，需要嚴(yán)格控制正負(fù)極片活性物質(zhì)涂覆的均勻性。同樣在以多孔錫箔同時(shí)作為集流體和負(fù)極活性材料的新型鈉離子電池體系中，也需要嚴(yán)格控制多孔錫箔的均一性，所以多孔錫箔的孔徑的大小和孔分布的均勻性是決定其能否作為負(fù)極活性材料兼集流體的硬性指標(biāo)。本發(fā)明中，可選地，每個(gè)所述最小單元中，孔洞的面積占比均為25％-60％。本發(fā)明中，優(yōu)選地，每個(gè)最小單元的孔洞面積占比相等。

最小單元的孔洞面積占比決定了多孔錫箔負(fù)極能承受的嵌鋰體積膨脹大小，因此可根據(jù)預(yù)設(shè)計(jì)的電池中多孔錫箔負(fù)極分別充當(dāng)集流體和活性物質(zhì)的面積占比而設(shè)定。具體地，由于鈉離子嵌入錫箔形成錫鈉合金時(shí)，其體積膨脹達(dá)112％，因此本發(fā)明按錫鈉合金化時(shí)一倍體積變化率進(jìn)行預(yù)留空間設(shè)計(jì)。即若預(yù)設(shè)計(jì)的電池中，最小單元內(nèi)多孔錫箔負(fù)極充當(dāng)活性物質(zhì)的面積占比為20％，充當(dāng)集流體的面積占比為20％-57％，則最小單元內(nèi)的孔洞面積占比可優(yōu)選設(shè)置為23％，或者大于23％，如23％-60％，從而為鈉離子嵌入錫箔形成錫鈉合金帶來(lái)的體積變化提供預(yù)留空間。