[發明專利]一種提高鈉離子全電池電壓以及效率的簡便負極處理方法

在審

• 申請號: 201710540148.8
• 申請日: 2017-07-05
• 公開（公告）號: CN107240715A
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發明（設計）人: 徐茂文;沈博磊
• 申請（專利權）人: 西南大學
• 主分類號: H01M10/054
• 分類號: H01M10/054;H01M4/1393;H01M4/133;H01M10/058
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于鈉離子電池技術領域，具體涉及一種鈉離子電池負極材料的處理方法及產品。

背景技術

當今時代，隨著電動汽車的發展和移動電子設備的普及，人們對鋰離子電池的需求量也越來越大。然而由于鋰資源的匱乏，導致鋰離子電池未來的應用和發展面臨著巨大的問題。從現在來看，在未來鋰離子電池的價格將會持續上漲。所以在這個嚴重的局勢下，開發低成本且資源更加豐富的鈉離子電池具有重大的意義。

鈉離子電池商業化中面臨著重重的問題，目前來看鈉離子電池正極材料的研究已經基本上趨于成熟。金屬氧化物類的正極材料雖然具有良好的比容量、多平臺的操作電壓，但是由于鈉離子的半徑比鋰離子的要大，使得這類材料在鈉離子的嵌入脫出過程中晶格結構更容易崩塌，使得這類材料的循環穩定性普遍不是很理想。相比之下，聚陰離子類正極材料擁有更穩定的晶體結構，使得其循環穩定性要普遍優于金屬氧化物類的材料，再加上聚陰離子所帶來的誘導效應存在，使得這類材料的電壓普遍比較高，這也一定程度上彌補了鈉離子電池電壓較低的問題。目前來看，鈉離子產業化的過程中所面臨的最大問題要數負極的選擇，這種負極必須同時滿足低的嵌鈉電位、良好的循環穩定性以及高的首圈效率等種種條件。目前人們對負極的研究主要集中在兩大類上，一種是金屬氧化物，一種是碳材料。但是金屬氧化物造價昂貴，且理論容量普遍不是很高，而且大多數的金屬氧化物循環穩定性并不是很理想。除此之外，金屬氧化物的嵌鈉電位也普遍過高，這導致使用了金屬氧化物作為負極的全電池電壓會降低。與此不同的是，碳材料造價低廉，且理論容量更高，嵌鈉電位更低，無疑是鈉離子電池商業化中最理想的負極材料，然而由于碳材料在首圈充放電的過程中會形成很厚的SEI膜，這全電池中這個SEI膜的形成消耗的是正極材料中的鈉離子，所以會使全電池的容量在首圈之后會有明顯的損失。此外，由于硬碳本身的特性，導致硬碳的嵌鈉平臺滯后，嵌鈉電位之前的緩坡電壓會嚴重的使全電池的電壓下降，從而使得制備的全電池能量密度下降。所以，解決這兩個問題對鈉離子電池全電池的研究有重大意義。

我們組之前通過電化學嵌鈉法比較好的解決了這個問題，但是由于電化學法操作復雜，實驗條件嚴格，所以并不是很適合商業生產。于是我們進一步的研究，找到了一種接觸式預鈉化法。和電化學法相比，此方法更加簡便，條件要求也沒有電化學法那么嚴格，比電化學法更具商業意義。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于：（1）提供一種提高鈉離子全電池電壓以及效率的簡便負極處理方法；（2）提供一種鈉離子電池負極片；（3）提供一種鈉離子全電池。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

1、一種提高鈉離子全電池電壓以及效率的簡便負極處理方法，包括如下步驟：

（1）制備負極極片：分別將負極材料、導電劑和粘接劑加入溶劑中，研磨后制得黑色粘稠狀的負極漿料，將所述負極漿料涂抹于集流體上，干燥處理后，制得負極片；

（2）負極預鈉化：利用接觸法對步驟（1）中制得的負極片進行預鈉化處理。

進一步，步驟（1）中，所述負極材料、導電劑和粘接劑的質量比為8：1：1。

進一步，步驟（1）中，所述負極材料為硬碳。

進一步，步驟（1）中，所述導電劑為乙炔黑、導電碳黑或科琴黑中的一種或多種；所述粘接劑為聚偏氟乙烯、羧甲基纖維素、聚苯乙烯丁二烯共聚物中的一種或多種，所述溶劑為1-甲基-2-吡咯烷酮，所述集流體為鋁箔。

進一步，步驟（1）中，所述干燥處理為在60~120℃下真空干燥12~24小時。

進一步，步驟（2）中，所述接觸法具體為：將步驟（1）中制得的負極片在惰性氣體環境下放入合適的容器中，在容器中加入適量的電解液，將金屬鈉片按壓在負極片上，施加25 kg/cm²~50 kg/cm²壓力后將其在惰性氣體環境下靜置5~30分鐘，預鈉化結束后取下負極片，即得到預鈉化完畢的負極片。

2、由所述的一種提高鈉離子全電池電壓以及效率的簡便負極處理方法制得的負極片。

3、由所述的負極片制備的全電池。

進一步，所述負極片中負極材料與所述全電池中正極材料的質量比為1:1~4:1。