[發明專利]負極極片的處理方法、鈉金屬負極極片與電化學裝置

有效

• 申請號: 202110742797.2
• 申請日: 2021-06-26
• 公開（公告）號: CN113437248B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 曾毓群
• 申請（專利權）人: 寧德時代新能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/131;H01M4/1391;H01M4/38;H01M4/48
• 代理公司: 北京方權知識產權代理有限公司 11918
• 代理人: 于小薇

本發明提供負極極片的處理方法、鈉金屬負極極片與電化學裝置。即在真空環境中，金屬蒸氣與氧氣反應，將反應生成的金屬氧化物鍍敷在鈉金屬負極極片表面形成一層機械強度高、化學性質穩定的金屬氧化物保護層。金屬氧化物保護層可極大減少鈉金屬負極極片在加工過程中易出現鈉金屬與空氣、水反應而造成的優率低、性能惡化的現象。由于金屬氧化物具有納米級厚度，可以與鈉金屬在電化學條件下形成對應鈉鹽，從而提升鈉金屬負極極片表面的鈉離子傳輸速率，提升電池動力學性能。且金屬氧化物具有較高機械強度，可以在鈉金屬負極極片充放電發生體積變化時保持結構的完整性，防止鈉金屬與電解液直接接觸形成大量鈉枝晶，提升電池循環性能。

技術領域

本申請涉及二次電池技術領域，尤其涉及負極極片的處理方法、負極極片與電化學裝置。

背景技術

隨著能源與環境問題的日益凸顯，新能源產業得到了越來越多的重視。鋰離子電池因其能量密度高、循環性能好等特點，近年來作為一種重要的新型儲能裝置被廣泛應用。然而，由于鋰離子電池相關活性物質資源稀缺，電池成本始終居高不下，而且同時面臨相關活性物質資源枯竭等嚴峻問題，因此需要開發其他低成本金屬離子二次電池體系。

鈉離子電池由于其成本低、資源豐富、與鋰離子電池制造工藝相仿等優勢使其成為近年來熱門研究方向。但是，受限于目前鈉離子電池正負極材料較低的克容重與電壓平臺，鈉離子電池能量密度與鋰離子電池能量密度相比始終存在較大差距，無法真正實現商業化應用。在正極材料能量密度始終無法突破的背景下，直接采用鈉金屬(理論比容量1166mAh/g)作為負極成為大幅提升電池能量密度的有效方法。然而，由于鈉金屬具有在空氣中化學穩定性差、熔點低(98C)、電化學循環過程中易產生鈉枝晶等特點，造成鈉金屬負極電池在制備工藝與循環壽命等方面存在較大問題，目前無法實現商業化應用。

發明內容

本申請提供了負極極片的處理方法、鈉金屬負極極片與電化學裝置，負極極片表面的金屬氧化物保護層機械強度高且化學性質穩定，使得電化學裝置具有良好的循環性能、較高的首次充放電效率與加工制造性。

第一方面，本申請提供一種負極極片的處理方法，所述處理方法包括以下步驟。

將至少一負極極片設置于真空室內，且所述負極極片靠近含氧氣體發生器與金屬蒸氣發生器，所述負極極片靠近所述含氧氣體發生器的一側設有多孔阻隔層；所述金屬蒸氣發生器熔化金屬材料并噴出金屬蒸氣，使得所述負極極片浸于所述金屬蒸氣中，其中，所述金屬蒸氣的噴出流量為x ml，所述金屬材料的密度為ρ g/cm³，所述金屬材料的相對原子質量為M；

所述含氧氣體發生器沿所述多孔阻隔層噴出含氧氣體，所述含氧氣體的噴出流量為y ml；

分布在所述負極極片表面的所述含氧氣體與所述金屬蒸氣直接反應后生成金屬氧化物，所述金屬氧化物鍍敷在所述負極極片表面形成金屬氧化物保護層，其中，所述金屬氧化物中的金屬原子與氧原子的摩爾比為z，其中z＝22.4xρ/yM。

在上述方案中，金屬氧化物保護層可極大減少鈉金屬負極極片在加工過程中易出現的鈉金屬與空氣、水反應而造成的優率低、性能惡化的現象。由于金屬氧化物保護層具有納米級厚度，可以與鈉金屬在電化學條件下形成對應鈉鹽，從而提升鈉金屬負極極片表面的鈉離子傳輸速率，提升電池動力學性能。且金屬氧化物保護層具有較高機械強度，可以在鈉金屬負極極片在充放電發生體積變化時保持結構的完整性，防止鈉金屬與電解液直接接觸形成大量鈉枝晶，提升電池循環性能。

在可行的實施方案中，所述負極極片包括負極集流體及形成于所述負極集流體表面的鈉金屬材料。

在可行的實施方案中，所述負極集流體包括銅箔集流體、鋁箔集流體、銅基復合集流體、鋁基復合集流體的至少一種。

在可行的實施方案中，其滿足以下特征中的至少一種：

(1)所述金屬氧化物中的金屬原子與氧原子的摩爾比為z，0.2≤z≤1.9；