一种钠离子电池负极及其制备方法与钠离子电池技术

本发明专利技术公开一种钠离子电池负极及其制备方法与钠离子电池，其中，方法包括步骤：采用球磨法，将块体红磷球磨至纳米红磷；采用球磨法，将所述纳米红磷和石墨烯进行复合，得到纳米红磷和石墨烯的复合材料；采用球磨法，将所述纳米红磷和石墨烯的复合材料和钛酸钡进行复合，得到活性材料；将所述活性材料和粘结剂、导电剂进行混合，然后经涂膜、烘干、切片，得到钠离子电池负极。本发明专利技术所述钠离子电池负极材料具有较好的大电流充放电性能、振实密度高、质量比容量大、能量密度高。

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池负极及其制备方法与钠离子电池
本专利技术涉及电池领域，尤其涉及一种钠离子电池负极及其制备方法与钠离子电池。
技术介绍
自1990年代锂离子电池成功实现商业化以来，经过20余年的发展已经在储能领域尤其是便携式电子设备供电领域得到了广泛应用。近年来，由于化石资源导致的温室效应等环境问题、以及其自身不可再生引起的人类对于未来能源供应的担忧，使得具有清洁可再生属性的化学电池有了广阔的应用前景，同时也对化学电池产生了大量的需求以及对其性能标准的更高要求。锂离子电池在众多的化学电池种类中，由于其具有质量比容量高、能量密度高、功率密度高、大电流充放电能力强、循环寿命强、储能效率高等属性优势，拥有满足未来储能对于化学电池性能的基本需求，但是由于其资源有限、全球分布不均匀、资源分散、开采难度大等资源缺陷，使得锂离子电池并不能满足未来大规模储能的需求。钠离子电池和锂离子电池拥有相似的工作机理，都是通过钠（锂）离子在正负极材料中的迁入/脱出获得电流。钠离子电池的优势在于地球上钠资源储备丰富，尤其是海水中几乎有取之不尽的钠资源，所以从资源上来说，钠离子电池可以满足未来大规模储能的要求。锂离子电池领域的材料和理论大部分对于钠离子电池来说是适用的。但是由于钠离子的离子半径比锂离子的离子半径大55%，所以传统的锂离子电池的石墨负极并不能有效地迁入/脱出钠离子。钠离子电池领域有必要开发出一种新型的负极材料，该材料能够满足未来大规模储能系统、电动汽车、以及便携式电子设备对于高品质化学电源的要求。红磷能以合金化/脱合金化的机理迁入/脱出钠离子，通过最终生成Na3P，获得2596mAh·g-1的高理论质量比容量；其具有安全的工作电压（~0.4V）；其本身相对于密度较轻的碳负极材料拥有较高的体积能量密度；而且红磷资源丰富，在化工领域是基本原材料，成本低廉，所以红磷在众多的钠离子电池负极材料中，很有潜力实现商业化应用。红磷实现商业化应用，需要先解决两个问题：导电性差和体积膨胀大。其导电性差导致红磷负极的大电流充放电性能很差，其接近400%的体积膨胀使得红磷负极的循环稳定性很差。目前改善红磷负极这两种缺陷的研究很多，热点主要集中在使用价格低廉的碳材料来解决红磷的两大缺陷，也获得了不错的性能；但是问题在于研究的重点主要在于为红磷留下足够的空间来缓解其体积膨胀造成的结构破坏，这种做法使得复合材料的振实密度太低，不能获得高能量密度和高功率密度的负极材料，对于材料的大电流充放电性能也没有显著提升。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种钠离子电池负极及其制备方法与钠离子电池，旨在解决现有红磷复合材料的振实密度、能量密度和功率密度较低，大电流充放电能力较差的问题。本专利技术的技术方案如下：一种钠离子电池负极的制备方法，其中，包括：步骤（1）、采用球磨法，将块体红磷球磨至纳米红磷；步骤（2）、采用球磨法，将所述纳米红磷和石墨烯进行复合，得到纳米红磷和石墨烯的复合材料；步骤（3）、采用球磨法，将所述纳米红磷和石墨烯的复合材料和钛酸钡进行复合，得到活性材料；步骤（4）、将所述活性材料和粘结剂、导电剂进行混合，然后经涂膜、烘干、切片，得到钠离子电池负极。所述的钠离子电池负极的制备方法，其中，所述步骤（4）之后还包括：步骤（5）、采用原子层沉积技术，在所述钠离子电池负极表面包覆三氧化二铝。所述的钠离子电池负极的制备方法，其中，所述步骤（5）之后还包括：步骤（6）、将包覆三氧化二铝后的钠离子电池负极在电场中进行极化处理。所述的钠离子电池负极的制备方法，其中，所述步骤（1）包括：将块体红磷按照球料比20:1~50:1、转速为800~1200rpm、球磨时间为10~20h、在惰性气氛下进行球磨，得到纳米红磷。所述的钠离子电池负极的制备方法，其中，所述步骤（2）包括：将纳米红磷和石墨烯按照1:1~2:1质量比例、转速为500~800rpm、球磨时间为5~8h、在惰性气氛下进行球磨，得到纳米红磷和石墨烯的复合材料。所述的钠离子电池负极的制备方法，其中，所述步骤（3）包括：将所述纳米红磷和石墨烯的复合材料和钛酸钡按照2:1~3:2质量比例、转速为500~800rpm、球磨时间为1~2h、在惰性气氛下进行球磨，得到活性材料。所述的钠离子电池负极的制备方法，其中，所述步骤（4）包括：以去离子水为溶剂，将所述活性材料和粘接剂、导电剂按照8:1:1的质量比例在去离子水中进行混合，磁力搅拌6~8h后，得到浆料；将所述浆料涂覆在铜集流体上，然后经烘干、切片，得到钠离子电池负极。所述的钠离子电池负极的制备方法，其中，所述步骤（5）包括：以三甲基铝为铝源，水为氧源，反应温度为130-170℃，反应圈数为10~30圈，采用原子层沉积技术在所述钠离子电池负极表面包覆三氧化二铝。所述的钠离子电池负极的制备方法，其中，所述步骤（6）包括：将包覆三氧化二铝后的钠离子电池负极放置在两片平行的铜电极之间，施加8~12kV直流电压，进行极化处理20~30h。一种钠离子电池负极，其中，采用本专利技术所述的钠离子电池负极的制备方法制备而成。一种钠离子电池，其中，包括本专利技术所述的钠离子电池负极。有益效果：本专利技术以工业上易得的红磷材料、钛酸钡、石墨烯为原料，通过球磨法制备出低成本、高性能的钠离子电池负极材料。本专利技术所述钠离子电池负极材料具有较好的大电流充放电性能、振实密度高、质量比容量大、能量密度高。另外，本专利技术方法具有产量大、产率高、成本低、制备过程简单可控、易实现工业生产属性的特点。附图说明图1为本专利技术实施例1中的钠离子电池负极材料的SEM图；图2为本专利技术实施例1中的钠离子电池负极材料的XRD图；图3为本专利技术实施例1中的钠离子电池负极材料的循环性能图。具体实施方式本专利技术提供一种钠离子电池负极及其制备方法与钠离子电池，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供一种钠离子电池负极的制备方法，其中，包括：步骤（1）、采用球磨法，将块体红磷球磨至纳米红磷；步骤（2）、采用球磨法，将所述纳米红磷和石墨烯进行复合，得到纳米红磷和石墨烯的复合材料；步骤（3）、采用球磨法，将所述纳米红磷和石墨烯的复合材料和钛酸钡进行复合，得到活性材料；步骤（4）、将所述活性材料和粘结剂、导电剂进行混合，然后经涂膜、烘干、切片，得到钠离子电池负极。本专利技术基于现有红磷体积膨胀产生机械压力的问题，将红磷、石墨烯和钛酸钡采用球磨法进行复合，利用钛酸钡材料的压电效应产生的局部压电电场促进钠离子在负极区域的迁入/迁出过程，制备出一种适合大电流充放电的钠离子电池负极，本专利技术由于引入了球磨法，所获得的钠离子电池负极材料的振实密度较高。与现有技术相比，本专利技术以工业上易得的材料红磷、钛酸钡、石墨烯为原料，通过球磨法制备出低成本、高性能的钠离子电池负极材料。本专利技术所述钠离子电池负极材料具有较好的大电流充放电性能、振实密度高、质量比容量大、能量密度高。另外，本专利技术方法具有产量大、产率高、成本低、制备过程简单可控、易实现工业生产属性的特点。所述步骤（1）具体包括：将块体红磷按照球料比20本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钠离子电池负极的制备方法，其特征在于，包括：步骤（1）、采用球磨法，将块体红磷球磨至纳米红磷；步骤（2）、采用球磨法，将所述纳米红磷和石墨烯进行复合，得到纳米红磷和石墨烯的复合材料；步骤（3）、采用球磨法，将所述纳米红磷和石墨烯的复合材料和钛酸钡进行复合，得到活性材料；步骤（4）、将所述活性材料和粘结剂、导电剂进行混合，然后经涂膜、烘干、切片，得到钠离子电池负极。

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池负极的制备方法，其特征在于，包括：步骤（1）、采用球磨法，将块体红磷球磨至纳米红磷；步骤（2）、采用球磨法，将所述纳米红磷和石墨烯进行复合，得到纳米红磷和石墨烯的复合材料；步骤（3）、采用球磨法，将所述纳米红磷和石墨烯的复合材料和钛酸钡进行复合，得到活性材料；步骤（4）、将所述活性材料和粘结剂、导电剂进行混合，然后经涂膜、烘干、切片，得到钠离子电池负极。2.根据权利要求1所述的钠离子电池负极的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）之后还包括：步骤（5）、采用原子层沉积技术，在所述钠离子电池负极表面包覆三氧化二铝。3.根据权利要求2所述的钠离子电池负极的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）之后还包括：步骤（6）、将包覆三氧化二铝后的钠离子电池负极在电场中进行极化处理。4.根据权利要求1所述的钠离子电池负极的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）包括：将块体红磷按照球料比20:1~50:1、转速为800~1200rpm、球磨时间为10~20h、在惰性气氛下进行球磨，得到纳米红磷。5.根据权利要求1所述的钠离子电池负极的制备方法，其特征在于，所述步骤（2...

【专利技术属性】
技术研发人员：米宏伟，王营涛，张培新，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44