[發明專利]一種鈉離子電池負極及其制備方法和一種鈉離子電池

在審

• 申請號: 202211483116.6
• 申請日: 2022-11-24
• 公開（公告）號: CN115692624A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 吳儀娜;袁慶華;趙悠曼
• 申請（專利權）人: 東莞市創明電池技術有限公司
• 主分類號: H01M4/1393
• 分類號: H01M4/1393;H01M4/133;H01M4/04;H01M10/054;H01M10/0587
• 代理公司: 深圳市深佳知識產權代理事務所(普通合伙) 44285
• 代理人: 陳彥如

本發明涉及電池領域，具體是一種鈉離子電池負極及其制備方法和一種鈉離子電池。本發明提供了一種鈉離子電池負極的制備方法，包括以下步驟：將負載有羧甲基纖維素鈉、導電劑和粘結劑的集流體在無氧氛圍中進行熱處理，得到鈉離子電池負極。本發明提供的制備方法不需要添加分散劑就能制得以硬碳為負極材料的負極，以此負極制得的鈉離子電池具有高的容量發揮和循環性能。實驗表明，通過本發明所述方法成功制得鈉離子負極，該負極極片負載均勻，一致性高，將其組裝成鈉離子電池進行常溫容量測試和循環測試，0.2C容量為2229mAh；25℃條件下051C循環400周容量保持率為84.6％。

技術領域

本發明涉及電池領域，具體是一種鈉離子電池負極及其制備方法和一種鈉離子電池。

背景技術

目前，鋰資源極度稀缺，三元材料價格急劇上漲，導致鋰離子電池成本也隨之大幅度增加。相比之下，低成本的鈉離子電池顯得更有優勢。鈉離子電池結構和工作原理同鋰電類似，與鋰電相比，鈉離子電池資源廣、成本低且波動小。綜合能量密度和循環壽命考慮，鈉電池有望首先替代鉛酸和磷酸鐵鋰電池主打的啟停、低速電動車、儲能等市場。目前，負極材料瓶頸致使鈉電發展落后于鋰電。鈉離子電池負極材料的研究主要集中在碳基材料、合金類、過渡金屬氧化物及有機化合物等。在眾多負極材料中，硬碳材料具有結構多樣、價格低廉、導電性良好、儲鈉容量高、嵌鈉后體積形變小、環境友好和低氧化還原電位等優點。

硬碳為非石墨化碳，是指在2800℃以上不能石墨化的炭材料。硬碳儲鈉性能優異，硬碳具有多種類型的可逆儲鈉位點，理想狀態下可提供約530mAh/g的理論容量。硬碳通常是由前驅體高溫處理后制得，根據前驅體來源不同可以分為樹脂基(酚醛樹脂、環氧樹脂、聚糠醇等)、瀝青基(煤焦油瀝青、石油瀝青、天然瀝青等)、生物質基(纖維素、木質素、淀粉等)。其中，生物質基硬碳生產工藝難度小，或將率先得到應用。通常，鈉離子電池負極極片制備流程為：將負極活性材料硬碳、導電劑、分散劑和粘結劑，在水溶劑中分散混合成漿料后均勻涂覆在集流體上。分散劑的使用提高了成本，且分散效果也不能得到保證，從而影響后續電池性能。

發明內容

有鑒于此，本發明所要解決的技術問題在于提供一種鈉離子電池負極及其制備方法和一種鈉離子電池，本發明提供的方法不需要添加分散劑就能制得以硬碳為負極材料的負極，以此負極制得的鈉離子電池具有高的容量發揮和循環性能。

本發明提供了一種鈉離子電池負極的制備方法，包括以下步驟：

將負載有羧甲基纖維素鈉、導電劑和粘結劑的集流體在無氧氛圍中進行熱處理，得到鈉離子電池負極。

具體而言，本發明將羧甲基纖維素鈉、導電劑和粘結劑的混合漿料涂覆在集流體上，在無氧氛圍中進行熱處理，得到鈉離子電池負極。在本發明的某些實施例中，將羧甲基纖維素鈉、導電劑和粘結劑在水中混合，得到羧甲基纖維素鈉、導電劑和粘結劑的混合漿料；將所述羧甲基纖維素鈉、導電劑和粘結劑的混合漿料涂覆在集流體上，在無氧氛圍中進行熱處理，得到鈉離子電池負極。

本發明所述羧甲基纖維素鈉(CMC)是纖維素的羧甲基化衍生物，高溫碳化后可轉變為硬碳作為負極活性材料。另外，羧甲基纖維素鈉高溫碳化后，材料中殘余的鈉離子可以起到適量提高電池中尤其是充電態負極中鈉離子濃度的作用，適當提升鈉離子電池的容量發揮。在本發明的某些實施例中，所述熱處理的溫度為1000℃～1500℃；所述熱處理的時間為3h～7h。

本發明以所述羧甲基纖維素鈉為硬碳前驅體，其同時也屬于分散劑，其含量較高；即本發明選擇的負極活性材料前驅體和分散劑為同一種物質，漿料中只有三種物質且分散劑含量高，制備的漿料分散好、穩定性好，涂布工藝簡單。在本發明的某些實施例中，以質量份計，所述羧甲基纖維素鈉、導電劑和粘結劑的比例為90份～98份：1份～5份：1份～5份。