[發(fā)明專利]預(yù)鈉化石墨烯負(fù)極極片及其制備方法和鈉離子電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110462318.1
• 申請(qǐng)日: 2021-04-27
• 公開（公告）號(hào): CN113178548A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂偉;鄭甘雨;林喬偉;楊全紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院
• 主分類號(hào): H01M4/1393
• 分類號(hào): H01M4/1393;H01M4/04;H01M4/133;H01M10/054
• 代理公司: 深圳市鼎言知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44311
• 代理人: 曾昭毅;鄭海威

本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N預(yù)鈉化石墨烯負(fù)極極片的制備方法、預(yù)鈉化石墨烯負(fù)極極片和鈉離子電池，所述制備方法包括以下步驟：將多環(huán)芳烴和成膜添加劑溶解在非質(zhì)子極性溶劑中，再加入過量的金屬鈉使所述多環(huán)芳烴反應(yīng)完全生成多環(huán)芳烴鈉，制得溶液；將所述石墨烯負(fù)極極片在所述溶液中浸泡5s?3min。本申請(qǐng)通過多環(huán)芳烴鈉和成膜添加劑的復(fù)合作用，在石墨烯負(fù)極極片上預(yù)形成一層電子絕緣、離子導(dǎo)電和不溶性的表面SEI膜，和電池循環(huán)產(chǎn)生的SEI膜可以協(xié)同工作，更好地保護(hù)鈉離子電池的負(fù)極，并提升鈉離子電池的各項(xiàng)性能。本申請(qǐng)通過化學(xué)法對(duì)石墨烯負(fù)極極片預(yù)鈉化并預(yù)形成SEI膜，所述方法簡(jiǎn)單安全，易于實(shí)施且不易產(chǎn)生副產(chǎn)物。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種預(yù)鈉化石墨烯負(fù)極極片的制備方法、采用該制備方法制得的預(yù)鈉化石墨烯負(fù)極極片及應(yīng)用該負(fù)極極片的鈉離子電池。

背景技術(shù)

由于鈉資源的豐富，鈉離子電池已成為鋰離子電池的一種很有前途的替代品，特別是在未來的大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)中。

碳具有高導(dǎo)電性、可控的微觀結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)，是制備鈉離子電池的優(yōu)良負(fù)極。由于較低的離子擴(kuò)散速率和有限的鈉儲(chǔ)存位置，低比表面積無序碳往往表現(xiàn)出較差的速率能力和較低的可逆容量。而還原氧化石墨烯等高比表面積碳具有豐富的鈉存儲(chǔ)活性位點(diǎn)和增強(qiáng)離子擴(kuò)散的二維結(jié)構(gòu)，因此受到了廣泛的研究。然而，還原氧化石墨烯通常由于不可避免的電解液分解和其它副反應(yīng)表現(xiàn)出較低的初始庫(kù)侖效率。

通過優(yōu)化電解液調(diào)節(jié)SEI(Solid Electrolyte Interface，固態(tài)電解質(zhì)界面膜)組分或者通過調(diào)節(jié)碳化溫度來調(diào)整缺陷結(jié)構(gòu)，都可以起到提高首次庫(kù)倫效率的作用，但是效果有限。因此，研究人員提出了多種預(yù)鈉化方法來提高首次庫(kù)倫效率，包括加入金屬鈉、加入鈉鹽等犧牲鹽和電化學(xué)方法等。然而，直接加入高度易燃易爆的金屬鈉會(huì)引起嚴(yán)重的安全隱患；加入Na₃N(氮化鈉)、Na₃P(磷化鈉)等犧牲鹽又容易產(chǎn)生不需要的副產(chǎn)物；而電化學(xué)方法則需要拆卸電池，流程復(fù)雜且不易實(shí)施。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，有必要提出一種預(yù)鈉化石墨烯負(fù)極極片的制備方法以解決現(xiàn)有技術(shù)的預(yù)鈉化方法具有安全隱患、易生成副產(chǎn)物和操作復(fù)雜不易實(shí)施的問題。

另，還有必要提出一種預(yù)鈉化石墨烯負(fù)極極片及鈉離子電池。

本申請(qǐng)一實(shí)施方式提供一種預(yù)鈉化石墨烯負(fù)極極片的制備方法，其包括以下步驟：

制備石墨烯負(fù)極極片；

將多環(huán)芳烴和成膜添加劑溶解在非質(zhì)子極性溶劑中，再加入過量的金屬鈉使所述多環(huán)芳烴反應(yīng)完全生成多環(huán)芳烴鈉，制得溶液；

將所述石墨烯負(fù)極極片在所述溶液中浸泡5s-3min；

采用所述非質(zhì)子極性溶劑對(duì)浸泡過所述溶液的所述石墨烯負(fù)極極片進(jìn)行多次洗滌，得到所述預(yù)鈉化石墨烯負(fù)極極片。

一種實(shí)施方式中，所述多環(huán)芳烴包括聯(lián)苯、聯(lián)多苯、多苯代脂肪烴和稠環(huán)芳烴中的一種或多種。

一種實(shí)施方式中，所述成膜添加劑包括具有氟基的環(huán)狀碳酸酯和具有氟基的鏈狀碳酸酯。

一種實(shí)施方式中，所述成膜添加劑包括氟代碳酸亞乙酯、二氟代碳酸亞乙酯和碳酸氟甲基酯中的一種或多種。

一種實(shí)施方式中，所述非質(zhì)子極性溶劑包括二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、丙酮、四氫呋喃和二甲醚中的一種或多種。

一種實(shí)施方式中，所述多環(huán)芳烴鈉的濃度為0.05-3mol/L，所述成膜添加劑的濃度為0.05-1mol/L。

一種實(shí)施方式中，制備石墨烯負(fù)極極片包括如下步驟：

將還原氧化石墨烯、柯琴黑和聚偏氟乙烯按重量份80份、10份和10份混合，溶于甲基吡咯烷酮中，得到負(fù)極活性物質(zhì)漿料；