[发明专利]一种钠离子电池负极预钠化方法及得到的负极材料和钠离子电池

说明书

本发明提供了一种钠离子电池负极预钠化方法及得到的负极材料和钠离子电池。将钠离子电池负极材料与芳基钠溶液进行反应，其中，芳基钠试剂为多环共轭芳香基钠化合物。可以消除负极材料首周放电过程中存在的不可逆容量，大幅提升了负极的首周库伦效率。该方法可在常温进行，反应时间短，工艺简单，反应深度可控，安全性强，易于工业化。同时，经预钠化处理的负极与储钠正极相匹配组装的钠离子全电池，其能量密度和循环稳定性也获得大幅提升，从而为高能量密度钠电池体系的实用化发展提供了可能。

技术领域

本发明涉及一种钠离子电池负极预钠化的方法，以及得到的负极材料和钠离子电池，属于新能源领域。

背景技术

大规模储电是当今新能源技术发展的关键问题之一。无论是可再生新能源(如光电与风电)的高效利用，还是基于电动车辆的未来清洁交通，均需要廉价高效的大规模储电作为技术支持。在现有的电化学储能方式中，锂离子电池以其优越的电化学性能而广受关注，但是地球上锂的资源储量能否支持大规模储能应用，仍是备受争议的问题。钠离子电池因其钠资源丰富、成本低廉，被认为是储能电池的理想替代方案。

钠离子电池商业化应用主要取决于正负极材料的发展，其中负极材料是关键组成部分。目前，储钠负极材料的研究主要集中在碳基材料、金属单质或合金、金属氧化物、金属硫化物、单质磷及其化合物等。这些材料都具有较高的储钠容量，长循环寿命和倍率性能；但由于其嵌钠电位较负，充放电过程易造成电解液分解或者部分钠离子嵌入负极后变为非活性钠，导致其首周库伦效率大都较低(60％-85％)，这严重影响了其在全电池中的应用。例如，文献J.Electrochem.Soc.，2000，147，1271中研究者以蔗糖为原料制备了硬碳储钠负极，其可逆储钠容量达到300mAh/g，但由于碳材料的比表面积大，表面缺陷多，首周效率只有70％。文献Chem.Commun.，2012，48，7070中研究者报道了一种Sb/C纳米复合物，可逆容量达610mAh/g，首周效率为83％。文献Nano Lett.，2014，14，1865中Qian等采用球磨法制备了Sn₄P₃/C复合物，可逆容量高达820mAh/g，但首周效率只有80％。当这些负极材料与正极进行匹配组装全电池时，由于负极材料首次循环消耗的钠离子需要由正极提供，而正极的钠离子是有限的并在电池设计时被严格控制；因此负极材料的首周效率对全电池的首周效率及其能量密度起到至关重要的作用。为了提高储钠负极的首周库伦效率，研究者往往采用降低比表面积、提高合成温度、减少表面官能团和调节电解液组分等方法。这些改性方法虽然对首周库伦效率有一定的提升作用，但距离实用化负极所要求的首周效率>95％的指标仍相距甚远。

为了解决现有钠离子电池负极材料首周效率偏低的问题，本发明提供了一种负极材料化学预钠化的方法，大幅提高了负极材料的首周效率，从而为高能量密度钠电池体系的实用化发展提供了可能。

发明内容

为了解决现有钠离子电池负极材料首周效率偏低的问题，本发明提供了一种负极材料化学预钠化的方法，大幅提高了负极材料的首周效率，从而为高能量密度钠电池体系的实用化发展提供了可能。

本发明的技术方案可以通过以下技术措施来实现：

一种钠离子电池负极预钠化方法，将钠离子电池负极材料与芳基钠溶液进行反应，经洗涤干燥即可得到预钠化负极，所述芳基钠溶液的溶质为多环共轭芳香基钠，所述芳基钠溶液的溶剂为非质子性溶剂。

优选地，所述钠离子电池负极材料包括负极活性材料或负极极片，所述电池负极材料与芳基钠溶液反应的方式包括：将芳基钠溶液涂覆在负极材料表面、或将负极材料浸泡在芳香钠溶液中反应一定时间。所述芳基钠溶液与负极材料的反应时间为1min～48h，优选5min-24h。

所述负极极片包括以下重量份的组分：70～99份负极活性材料，0.5～10份导电剂，0.5～10份粘接剂。所述导电剂为乙炔黑、科琴黑、Super P或上述材料中的一种或几种。所述粘结剂为PVDF、CMC、PAA或上述材料中的一种或几种。