[發明專利]一種鈉離子電池負極預鈉化方法及得到的負極材料和鈉離子電池

在審

• 申請號: 201811513254.8
• 申請日: 2018-12-11
• 公開（公告）號: CN109546134A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 錢江鋒;艾新平;沈弈非;陳慧;楊漢西
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M10/054;H01M4/62
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 吳楚

本發明提供了一種鈉離子電池負極預鈉化方法及得到的負極材料和鈉離子電池。將鈉離子電池負極材料與芳基鈉溶液進行反應，其中，芳基鈉試劑為多環共軛芳香基鈉化合物。可以消除負極材料首周放電過程中存在的不可逆容量，大幅提升了負極的首周庫倫效率。該方法可在常溫進行，反應時間短，工藝簡單，反應深度可控，安全性強，易于工業化。同時，經預鈉化處理的負極與儲鈉正極相匹配組裝的鈉離子全電池，其能量密度和循環穩定性也獲得大幅提升，從而為高能量密度鈉電池體系的實用化發展提供了可能。

技術領域

本發明涉及一種鈉離子電池負極預鈉化的方法，以及得到的負極材料和鈉離子電池，屬于新能源領域。

背景技術

大規模儲電是當今新能源技術發展的關鍵問題之一。無論是可再生新能源(如光電與風電)的高效利用，還是基于電動車輛的未來清潔交通，均需要廉價高效的大規模儲電作為技術支持。在現有的電化學儲能方式中，鋰離子電池以其優越的電化學性能而廣受關注，但是地球上鋰的資源儲量能否支持大規模儲能應用，仍是備受爭議的問題。鈉離子電池因其鈉資源豐富、成本低廉，被認為是儲能電池的理想替代方案。

鈉離子電池商業化應用主要取決于正負極材料的發展，其中負極材料是關鍵組成部分。目前，儲鈉負極材料的研究主要集中在碳基材料、金屬單質或合金、金屬氧化物、金屬硫化物、單質磷及其化合物等。這些材料都具有較高的儲鈉容量，長循環壽命和倍率性能；但由于其嵌鈉電位較負，充放電過程易造成電解液分解或者部分鈉離子嵌入負極后變為非活性鈉，導致其首周庫倫效率大都較低(60％-85％)，這嚴重影響了其在全電池中的應用。例如，文獻J.Electrochem.Soc.，2000，147，1271中研究者以蔗糖為原料制備了硬碳儲鈉負極，其可逆儲鈉容量達到300mAh/g，但由于碳材料的比表面積大，表面缺陷多，首周效率只有70％。文獻Chem.Commun.，2012，48，7070中研究者報道了一種Sb/C納米復合物，可逆容量達610mAh/g，首周效率為83％。文獻Nano Lett.，2014，14，1865中Qian等采用球磨法制備了Sn₄P₃/C復合物，可逆容量高達820mAh/g，但首周效率只有80％。當這些負極材料與正極進行匹配組裝全電池時，由于負極材料首次循環消耗的鈉離子需要由正極提供，而正極的鈉離子是有限的并在電池設計時被嚴格控制；因此負極材料的首周效率對全電池的首周效率及其能量密度起到至關重要的作用。為了提高儲鈉負極的首周庫倫效率，研究者往往采用降低比表面積、提高合成溫度、減少表面官能團和調節電解液組分等方法。這些改性方法雖然對首周庫倫效率有一定的提升作用，但距離實用化負極所要求的首周效率>95％的指標仍相距甚遠。

為了解決現有鈉離子電池負極材料首周效率偏低的問題，本發明提供了一種負極材料化學預鈉化的方法，大幅提高了負極材料的首周效率，從而為高能量密度鈉電池體系的實用化發展提供了可能。

發明內容

為了解決現有鈉離子電池負極材料首周效率偏低的問題，本發明提供了一種負極材料化學預鈉化的方法，大幅提高了負極材料的首周效率，從而為高能量密度鈉電池體系的實用化發展提供了可能。

本發明的技術方案可以通過以下技術措施來實現：

一種鈉離子電池負極預鈉化方法，將鈉離子電池負極材料與芳基鈉溶液進行反應，經洗滌干燥即可得到預鈉化負極，所述芳基鈉溶液的溶質為多環共軛芳香基鈉，所述芳基鈉溶液的溶劑為非質子性溶劑。

優選地，所述鈉離子電池負極材料包括負極活性材料或負極極片，所述電池負極材料與芳基鈉溶液反應的方式包括：將芳基鈉溶液涂覆在負極材料表面、或將負極材料浸泡在芳香鈉溶液中反應一定時間。所述芳基鈉溶液與負極材料的反應時間為1min～48h，優選5min-24h。

所述負極極片包括以下重量份的組分：70～99份負極活性材料，0.5～10份導電劑，0.5～10份粘接劑。所述導電劑為乙炔黑、科琴黑、Super P或上述材料中的一種或幾種。所述粘結劑為PVDF、CMC、PAA或上述材料中的一種或幾種。