[发明专利]一种钠金属负极保护层、钠金属负极及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及储能电池领域，具体涉及一种钠金属负极保护层、钠金属负极及其制备方法与应用。所述钠金属负极保护层包括氟化钠和高分子聚合物，所述高分子聚合物为聚偏氟乙烯、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚乙烯醇中两种或两种以上的混合物。本发明提供的钠金属负极混合保护层，具有快速的钠离子扩散和高的机械强度，可以协同保证钠的电镀/剥离过程的稳定，能抑制枝晶的生长和渗透。

技术领域

本发明涉及储能电池领域，具体涉及一种钠金属负极保护层、钠金属负极及其制备方法与应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

由于锂资源的价格持续上涨和分布不均衡性限制了锂离子电池的大规模应用，刺激了近年来可靠替代电池系统的研究热潮。其中，由于钠离子电池和锂离子电池具有高度的相似性，并且钠资源储量丰富，因此引起了人们的极大兴趣。在钠离子电池负极中，钠金属负极具有高达1166mA h g^-1的理论比容量，与标准氢电极相比，工作电位为-2.714V，可提高全电池的能量密度。然而，公开人发现，循环过程中钠枝晶的形成导致固体电解质界面膜的持续形成和破裂，进一步消耗金属钠和电解液。在不断循环中，“死钠”和固体电解质界面膜的堆积阻碍了有效钠离子的迁移，导致电池的极化增大、库伦效率低和循环稳定性差，并存在一定的安全隐患，阻碍了钠电池的实际应用。

之前的报道包括调控电解液的组成、构建人工涂层以实现更稳定的钠金属负极，其中非原位涂层例如超薄的氧化铝层和柔性多层石墨烯膜延长了钠金属负极的循环寿命。然而，发明人发现，由于这些保护层中的大多数仅具有单一功能，即高的机械性能或快速的钠离子迁移率，通常在温和的测试条件下取得有限的效果。钠金属负极的高钠利用率、大电流密度、大面积容量以及可加工性对钠电池的实际应用具有重要意义。因此，构建一种简单的人工保护层，即使在严格的测试条件下能够协同稳定钠金属负极是十分必要的。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种钠金属负极保护层、钠金属负极及其制备方法与应用，从而避免钠负极在循环过程中形成钠枝晶，进一步解决固体电解质界面膜的持续形成和破裂，并消耗金属钠和电解液的问题。本发明采用氟化钠和两种或两种以上高分子聚合物混合制备的钠金属负极混合保护层，具有快速的钠离子扩散和高的机械强度，可以协同保证钠的电镀/剥离过程的稳定，能抑制枝晶的生长和渗透。

本发明的目的之一是提供一种钠金属负极保护层，包括氟化钠和高分子聚合物，所述高分子聚合物为聚偏氟乙烯、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚乙烯醇中两种或两种以上的混合物；

本发明的目的之二是提供一种钠金属负极，包括铜箔，附着在铜箔上的上述钠金属负极保护层，以及沉积在上述钠金属负极保护层上的金属钠。

本发明的目的之三是提供一种上述钠金属负极的制备方法，具体为：先将氟化钠和高分子聚合物加到溶剂中搅拌成均匀的浆料，然后将该浆料涂覆在干净的铜箔上并烘干；在涂覆有浆料的铜箔上电化学沉积金属钠得到钠金属负极。

本发明的目的之四是提供一种上述钠金属负极保护层或钠金属负极在钠离子电池中的应用。

本发明的目的之五是提供一种钠离子对称电池，具体为：以上述钠金属负极分别作为正负极组装成CR2032纽扣电池。

上述技术方案中的一个或一些技术方案具有如下优点或有益效果：

1)本发明所制备的钠金属负极保护层，具有快速的钠离子扩散、较高的机械强度，可以协同保证钠的电镀/剥离过程的稳定，能抑制枝晶的生长和渗透。

2)两种或两种以上聚合物的混合使用能够增大浆料的粘度，提升保护膜与铜箔间的结合力，更有助于诱导钠离子在铜箔上的均匀沉积。