[发明专利]一种负极补钠添加剂、负极材料及钠离子电池

说明书

本发明提供一种负极补钠添加剂、负极材料及钠离子电池，包括添加剂M，所述添加剂M包括磷化钠粉体和包覆所述磷化钠粉体的保护层，所述保护层的质量为所述添加剂M质量的1～20％。相比于现有技术，本发明利用磷化钠粉体作为内核结构，再在其外层包覆保护层得到添加剂M，通过控制保护层与添加剂M的质量比，使得保护层不仅可以有效保护磷化钠粉体的性质稳定，且可以作为磷化钠粉体的骨架，能防止磷化钠粉体在钠离子电池循环过程中结构遭到破坏，与负极失去电接触。另外，本发明的磷化钠粉体不仅可以作为补充的钠源，补充了首次充放电过程中消耗掉的钠离子，同时也可以作为活性材料参与电池的循环，补充部分容量，提高了钠离子电池的能量密度。

技术领域

本发明涉及钠离子电池领域，具体涉及一种负极补钠添加剂、负极材料及钠离子电池。

背景技术

为了满足庞大的市场需求，储能材料不仅以能量密度、充放电倍率等电化学性能作为评价标准，同时也注重是否资源丰富及环境友好。对此，钠离子电池相比锂离子电池具有诸多优势：(1)钠盐原材料储量丰富，价格低廉；(2)相同浓度电解液，钠盐的电导率更高，因此，可采用低浓度电解液，降低成本；(3)钠离子无过放电特性，允许电池放电到零伏，安全性能更好。

但钠离子电池同样地存在一些缺点：(1)由于钠元素的相对原子质量较高，导致钠离子电池理论能量密度不足锂离子电池的二分之一；(2)在首次充电过程中，钠离子与负极反应造成不可逆的容量损失大，特别是在硬碳负极中，由于钠离子半径较大，在碳层间的嵌/脱较困难，且首次充放电时易形成不可逆SEI钝化层，导致首次不可逆容量损失高达20％。因此，提高钠离子电池能量密度就有必要对钠离子电池补充钠，弥补首圈不可逆的容量损失，以激发钠离子电池在对体积要求不高的储能电池体系中的应用潜力。

目前，钠离子电池补钠方法主要包括以下两种：(1)在正极中添加富钠物质，在第一圈充电过程中，通过电化学反应将钠释放；(2)在负极中添加钠单质，直接补钠。但同样地，两种方法都存在一定的弊端：方法一中的生产效率低，且剩余部分非活性物质会影响整体能量密度；方法二中单质钠的活性高，生产条件严苛，需要在惰性气氛中进行，且安全性低，影响后续电池组装工序。

有鉴于此，确有必要提供一种解决上述问题的技术方案。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，本发明通过提供一种钠离子电池负极补钠添加剂，以解决目前钠离子电池首次不可逆容量损失大、能量密度低的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种钠离子电池负极补钠添加剂，包括添加剂M，所述添加剂M包括磷化钠粉体和包覆所述磷化钠粉体的保护层，所述保护层的质量为所述添加剂M质量的1～20％。本发明的添加剂M利用磷化钠粉体作为内核结构，再在其外层包覆保护层，通过控制保护层与添加剂M的质量比，不仅可以有效保护磷化钠粉体的性质稳定，且保护层可以作为磷化钠粉体的骨架，防止磷化钠粉体在钠离子电池循环过程中结构遭到破坏，与负极失去电接触。本发明的负极补钠添加剂在钠离子电池循环中补充了首次充放电过程中消耗掉的容量，且磷化钠粉体不仅可以作为补充的钠源，同时也可以作为活性材料参与电池的循环，进一步提高了钠离子电池的能量密度。

优选的，所述保护层的质量为所述添加剂M质量的1～10％。

优选的，所述保护层为无机保护层和/或有机保护层。保护层的包裹保护使得磷化钠粉体不仅能稳定在钠离子电池充放电过程中作为钠源补充损失掉的钠离子，同时也可以作为活性物质参与循环提供容量，另外，保护层还可以起到骨架支撑的作用，在钠离子电池循环过程中保护磷的结构稳定，防止磷体积变化而失去与集流体的电接触。

优选的，所述无机保护层包括金属和/或金属氧化物；其中，所述金属包括锡、锑、锗和铋中的至少一种，所述金属氧化物包括二氧化钛、氧化锡、氧化铁和氧化铜中的至少一种。上述金属保护层或金属氧化物保护层性质稳定，均能稳定地包裹磷化钠粉体，防止磷化钠粉体遇水分解或者化学性质发生变化。