[發明專利]一種高性能鈉離子電池鈦基負極、鈉離子電池及制備方法

在審

• 申請號: 201910253477.3
• 申請日: 2019-03-29
• 公開（公告）號: CN109888179A
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 李會巧;張天琪;鐘興國;曹楊;翟天佑
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01M4/131
• 分類號: H01M4/131;H01M4/136;H01M4/1391;H01M4/1397;H01M4/04;H01M10/054
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 王世芳;李智

本發明公開了一種高性能鈉離子電池鈦基負極、鈉離子電池及制備方法，屬于鈉離子電池領域，在組裝電池前，采用醚類含鈉溶液與該鈦基負極或者該鈦基負極包括的鈦基負極材料進行接觸和反應，醚類含鈉溶液將鈦基負極中的部分四價鈦還原為三價鈦，并將溶液中的鈉嵌入鈦基負極材料的晶格中，從而預先補充鈦基負極材料中的鈉離子，以降低該鈦基負極首次充放電時的不可逆容量損失。本發明還提供了制備該鈦基負極的方法。本發明解決了鈦基負極材料作為鈉離子電池負極時首次庫倫效率低的技術問題。

技術領域

本發明屬于鈉離子電池領域，更具體地，涉及一種提高鈉離子電池電化學性能的方法、負極以及電池。

背景技術

鈦基材料在鈉離子電池負極材料中占有重要地位，其工作電位低、循環壽命高、化學穩定性高、生產成本低、無毒無污染，應用前景良好。和鋰離子電池一樣，對于負極材料而言，鈉離子嵌入的過程中電解質分解形成固態電解質界面層(SEI)。SEI的形成過程中消耗大量來自正極的鈉離子，尤其在第一次鈉離子嵌入(半電池放電過程)中，對鈉離子的消耗量占正極總容量的50％左右，對全電池的容量造成了巨大損失，同時對正負極之間的匹配造成了困難。

目前，補充鈉離子的方法主要是將電極片和單質鈉在電解液的環境中接觸。申請號為201810590050.8的專利申請中公開：將金屬鈉高溫熔融后均勻添加于負極片的表面，并使鈉嵌入的補鈉方法。然而，由于單質鈉的化學性質非?；顫姡诮佑|空氣和水時極易起火帶來嚴重的安全性問題，提高了存儲和使用的難度；單質鈉的延展性好，使得單質鈉很難加工為規則的大小和形狀，在和電極片接觸時更難以將其分散均勻；熔融鈉的表面張力較大，使其很難充分浸潤電極片；高溫熔融后，金屬鈉附著在電極片的表面，回收難度高；過程中需要進行持續加熱，難以進行連續生產。以上問題嚴重限制了它的實際應用。

因此，需要開發一種新型解決方案，要求其安全可控、成本低廉、工藝性好，能確實解決鈉離子電池中鈦基材料對正極鈉離子消耗量過多的問題。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種高性能鈉離子電池鈦基負極、鈉離子電池及制備方法，其目的在于，采用醚類含鈉溶液對作為鈉離子電池的鈦基負極進行補充鈉處理，從而預先補充鈦基負極材料中的鈉離子，以降低該鈦基負極首次充放電時的不可逆容量損失，由此解決鈦基負極材料作為鈉離子電池負極時首次庫倫效率低的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種高性能鈉離子電池鈦基負極，在組裝電池前，采用醚類含鈉溶液與該鈦基負極或者該鈦基負極包括的鈦基負極材料進行接觸和反應，在反應完成后，使用溶劑將鈦基負極材料或者該鈦基負極上余下的醚類含鈉溶液清洗掉，

醚類含鈉溶液將鈦基負極中的部分四價鈦還原為三價鈦，并將溶液中的鈉嵌入鈦基負極材料的晶格中，從而預先補充鈦基負極材料中的鈉離子，以降低該鈦基負極首次充放電時的不可逆容量損失。

本發明申請中，鈦基負極中由于包括鈦基負極材料而被稱之為鈦基負極，鈦基負極中參與電化學反應的主要活性成分為鈦基負極材料。可以先對鈦基負極材料進行補充鈉處理，再將鈦基負極材料制備成鈦基負極，進而將該負極組裝形成鈉離子電池。也可以先將未經補充鈉處理的鈦基負極材料制備成負極，再對負極進行處理?；蛘哒f，這種改性可以直接對鈦基負極材料的材料粉末處理，也可以先將粉末材料制成電極后再進行這種處理。醚類含鈉溶液和鈦基負極材料反應，使得部分四價鈦還原為三價鈦，并將溶液中的鈉離子嵌入鈦基負極材料的晶格中，從而預先補充鈦基負極材料中的鈉離子，經過這種工藝進行預處理改性，改性后整個鈉離子電池解決了其首次充放電時不可逆容量損失大的問題。

進一步的，所述醚類含鈉溶液由金屬鈉、絡合劑和醚類溶劑共同制備而成，所述絡合劑為萘，所述醚類溶劑選自乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、1,3-二惡戊烷中的一種或幾種。