[發(fā)明專利]鈉離子電池硅負(fù)極材料有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201811165622.4 | 申請日： | 2018-10-08 |
| 公開（公告）號： | CN109346713B | 公開（公告）日： | 2021-03-26 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 吳川;李瑩;白瑩;吳鋒 | 申請（專利權(quán)）人： | 北京理工大學(xué) |
| 主分類號： | H01M4/38 | 分類號： | H01M4/38;H01M4/134;H01M10/054 |
| 代理公司： | 北京迎碩知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11512 | 代理人： | 張群峰;錢揚(yáng)保 |
| 地址： | 100081 *** | 國省代碼： | 北京;11 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 鈉離子 電池 負(fù)極 材料 | ||
鈉離子電池硅負(fù)極材料，其改性方法包括：用晶態(tài)納米硅形成漿料；將上述漿料涂覆在金屬基片上，烘干后裁制形成硅涂覆電極片；在惰性氣氛下，金屬鈉作為電池負(fù)極且上述硅涂覆電極片作為正極，從而裝配成鈉離子電池；利用上述電池對硅涂覆電極片進(jìn)行恒電流電化學(xué)活化處理，從而使硅涂覆電極片上的晶體硅材料經(jīng)活化后發(fā)生部分非晶化轉(zhuǎn)變。本發(fā)明提供的使晶體硅部分非晶化的電化學(xué)處理方法，工藝簡單且成本低廉，避免了常用于制備非晶硅的氣相沉積法的嚴(yán)苛制備條件及產(chǎn)生的高額成本。采用此方法制備的部分非晶硅負(fù)極材料應(yīng)用于鈉離子電池中已展現(xiàn)出高容量且循環(huán)性能好。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及鈉離子電池，具體涉及用于鈉離子電池的改性硅負(fù)極材料。
背景技術(shù)
當(dāng)前人類面臨化石能源枯竭與環(huán)境污染的雙重困境，因此必須開發(fā)清潔可再生能源以減少對化石能源的依賴。二次電池儲能能量密度高，轉(zhuǎn)化效率高且靈活性高，是當(dāng)前研究熱點(diǎn)之一。目前最有發(fā)展前景的二次電池主要是鋰離子電池和鈉離子電池。硅，作為具有最高理論儲鋰容量的材料，目前已成功應(yīng)用在了商品化鋰離子電池中。鈉具有地殼分布廣泛且成本低廉的特點(diǎn)，鈉離子電池作為大規(guī)模儲能技術(shù)領(lǐng)域的有力候選者也是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。然而硅一直被認(rèn)為無儲鈉活性。相關(guān)理論計(jì)算表明鈉離子嵌入晶體硅材料中需要消耗大量能量而很難發(fā)生，而嵌入非晶硅中消耗的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于晶體硅，因此非晶硅儲鈉是有希望的。經(jīng)計(jì)算，單個非晶Si能儲存0.76個Na，對應(yīng)于725mAh/g的理論容量。
近年來，已有關(guān)于硅材料儲鈉實(shí)驗(yàn)研究，其中作為活性物質(zhì)的硅基本為部分非晶或全部非晶，證實(shí)了非晶硅的儲鈉活性。文獻(xiàn)報道的已有制備非晶硅材料用以儲鈉的方法包括熱等離子體化學(xué)氣相沉積法制備部分非晶納米顆粒、電子束蒸發(fā)法制備非晶硅薄膜、模板法制備晶體硅核/非晶硅殼結(jié)構(gòu)納米線及氣相沉積法結(jié)合應(yīng)變釋放卷繞技術(shù)制備卷狀非晶薄膜等，此類方法大都工藝復(fù)雜且條件苛刻。因此，尋找一種工藝簡單易操作且成本低廉的制備部分非晶硅負(fù)極材料并實(shí)現(xiàn)可逆儲鈉的方法具有重要意義。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新型電化學(xué)制備方法得到鈉離子電池硅負(fù)極材料。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種鈉離子電池硅電極(負(fù)極)材料的活化處理或改性方法，其包括：
將晶態(tài)納米硅與導(dǎo)電炭黑和聚偏氟乙烯混合形成漿料，其中硅、炭黑和聚偏氟乙烯的質(zhì)量比為(6～8)：(1～3)：1；
將上述漿料涂覆在金屬基片上，烘干后裁制形成硅涂覆電極片；
在惰性氣氛下，使用金屬鈉作為電池負(fù)極且上述硅涂覆電極片作為正極，裝配成鈉離子電池，其中電解液包含鈉鹽和有機(jī)溶劑，有機(jī)溶劑選自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)和二乙二醇二甲醚(DEGDME)中的至少一種，鈉鹽選自六氟磷酸鈉(NaPF6)、高氯酸鈉(NaClO4)、NaTFSI、NaFSI和Na2SO3中的至少一種，鈉鹽濃度為0.1-2mol/L；
利用上述電池對硅涂覆電極片進(jìn)行電化學(xué)活化處理，其中電化學(xué)活化處理的恒流充放電電流密度為1A/g-40A/g，活化循環(huán)周次為20-10000周，從而使硅涂覆電極片上的晶體硅材料經(jīng)活化后發(fā)生部分非晶化轉(zhuǎn)變。
根據(jù)本發(fā)明的各優(yōu)選實(shí)施例：納米硅的粒徑可以為50-200nm；有機(jī)溶劑可以為二乙二醇二甲醚，鈉鹽可以為六氟磷酸鈉；電化學(xué)活化處理的恒電流密度可以為6A/g-35A/g，更優(yōu)選為25A/g-35A/g，活化循環(huán)周次為500-1000周，更優(yōu)選為200-800周。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于鈉離子電池的硅負(fù)極，采用根據(jù)上述方法所改性的硅涂覆電極片，其中硅的非晶程度為10％-80％。
該專利技術(shù)資料僅供研究查看技術(shù)是否侵權(quán)等信息，商用須獲得專利權(quán)人授權(quán)。該專利全部權(quán)利屬于北京理工大學(xué)，未經(jīng)北京理工大學(xué)許可，擅自商用是侵權(quán)行為。如果您想購買此專利、獲得商業(yè)授權(quán)和技術(shù)合作，請聯(lián)系【客服】
本文鏈接：http://www.szxzyx.cn/pat/books/201811165622.4/2.html，轉(zhuǎn)載請聲明來源鉆瓜專利網(wǎng)。
