[發明專利]一種鈉離子二次電池負極的制備方法及鈉離子二次電池

在審

• 申請號: 202011434986.5
• 申請日: 2020-12-10
• 公開（公告）號: CN112670452A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 唐永炳;王琛;王海濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: H01M4/1393
• 分類號: H01M4/1393;H01M4/133;H01M4/583;H01M10/054
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 范盈

本發明屬于鈉離子電池技術領域，公開了一種鈉離子二次電池負極的制備方法及鈉離子二次電池。以碳材料為原料制備改性氧化石墨作為鈉離子二次電池負極材料，鈉離子二次電池，包括正極、負極、以及介于所述正極與負極之間的隔膜以及電解液，正極包括正極材料和正極集流體，正極材料包括能夠可逆嵌入、脫嵌鈉離子或陰離子的正極活性材料，負極包括負極材料和負極集流體，負極材料包括能夠可逆嵌入、脫嵌鈉離子的改性氧化石墨烯負極活性材料。本發明制備工藝簡單，所制備的鈉離子電池負極材料的鈉離子電池具有較好的循環穩定性，電池使用壽命在一定程度上得到增加，并且本發明沒有使用合金類材料，成本大大降低。

技術領域

本發明屬于鈉離子電池技術領域，具體的，涉及一種鈉離子二次電池負極的制備方法及鈉離子二次電池。

背景技術

二次電池也稱為可充電電池，是一種可重復充放電、使用多次的電池。相比于不可重復使用的一次電池，二次電池具有使用成本低、對環境污染小的優點。目前主要的二次電池技術有鉛酸電池、鎳鉻電池、鎳氫電池、鋰離子電池。其中尤其以鋰離子電池應用最為廣泛。但是鋰離子電池面臨著鋰資源儲量有限、成本高的缺點。作為潛在取代鋰離子電池的儲能技術，鈉離子電池在近幾年日益受到關注。鈉離子電池的工作原理與鋰離子電池相似。鈉離子電池的核心組成部件包含正極、負極和電解液，它通過發生在正極、負極與電解液界面上的離子傳輸與電子傳輸相分離的插層來實現電能存儲與釋放。充電時，負極發生的反應是鈉離子從電解液中嵌入負極活性材料，形成插層化合物，正極發生的反應是鈉離子從正極活性材料脫出到電解液中或者是陰離子插層在正極活性材料中；放電時，鈉離子從負極活性材料脫出返回電解液，電解液中的鈉離子嵌入正極活性物質或者陰離子從正極活性材料脫出返回電解液。

鈉離子電池是以碳材料、硫化物、氮化物、氧化物、碳化物等為正極活性材料，以碳材料、普魯士藍及其類似物、磷化物為負極活性材料。但是目前基于鈉離子電池開發出的正負極材料種類非常有限，且研究基本只限于對鈉片的鈉離子電池，基于已開發材料的鈉離子電池的電化學性能不是很理想，而且制備工藝也較為復雜。與本發明類似的發明為鈉離子電池負極材料制備的研究 (專利公開號：CN109817960A，CN103647068A，CN103633310A，CN103553129A)，這類發明都提供了一種鈉離子電池高容量負極材料的制備方法，但是這些高容量負極材料在充放電的過程中都存在著嚴重的體積膨脹的問題，并且這類發明都使用了較為昂貴的合金類材料。

鈉具有儲量豐富、價格便宜等優勢，因此鈉離子電池(SIBs)被認為是大規模儲能的強有力的候選方式之一。與鋰離子電池不同，合適的負極材料一直是限制鈉離子電池大規模應用的關鍵之一。目前鈉離子電池的負極材料是以硬碳和合金材料負極為主。如報道IONICS,2020,26:5535-5542、Electrochimica Acta,2020,361:137041、JOURNAL OFINDUSTRIAL AND ENGINEERING CHEMISTRY,2020,91:317-329是采用硬碳材料作負極；另外的報道如 SMALL METHODS,2020,4:2000218、CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL,2020,388:124299、JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS, 2020,834:154304是采用合金材料作負極。但是這些材料除制備條件比較苛刻外(尤其是合金類材料)，在用于鈉離子負極極片時，此兩種材料各有一大缺點：對于硬碳，其電壓平臺接近金屬鈉的沉積電位，在大電流充電情況下極易產生鈉金屬枝晶，造成嚴重的安全問題。對于合金材料負極，由于其劇烈的體積形變，造成金屬合金表面的SEI在充放電過程中持續破碎-生成，故其庫倫效率較低，大大限制了全電池的循環壽命。

從公開的文獻報道和公開的專利來看，尚無發現使用對氧化石墨的改性方法在鈉離子電池負極中的應用，本發明提供鈉離子二次電池負極的制備方法及鈉離子二次電池。

發明內容