碲基材料用作负极活性材料在钠基双离子电池中的应用、钠碲双离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碲基材料用作负极活性材料在钠基双离子电池中的应用、钠碲双离子电池及其制备方法，涉及电化学储能器件领域。碲、碲化合物或碲复合材料用作负极活性材料在钠基双离子电池中的应用。钠碲双离子电池包括负极、正极、隔膜以及电解液；负极活性材料包括碲、碲化合物或碲复合材料；正极活性材料包括能够可逆地嵌入、脱嵌电解液中阴离子的材料；电解液包括钠盐和非水溶剂。本发明专利技术缓解了现有钠离子电池使用碳材料作负极材料存在的电位低，易析出钠以及而锡箔作为负极容易体积膨胀及粉化引起的安全问题。本发明专利技术的钠碲双离子电池钠离子与碲负极发生合金化反应，反应电位较高，钠碲双离子电池具有安全性好、比能量密度高和循环稳定的特点。

【技术实现步骤摘要】
碲基材料用作负极活性材料在钠基双离子电池中的应用、钠碲双离子电池及其制备方法
本专利技术涉及电化学储能器件
，具体而言，涉及一种碲基材料用作负极活性材料在钠基双离子电池中的应用、钠碲双离子电池及其制备方法。
技术介绍
目前，基于钠离子体系的电池研究较少，而基于钠离子双离子电池的研究则更加少见。2016年10月份，中科院深圳先进技术研究院唐永炳研究员及其团队在线发表了“一种新型的基于钠离子电解液的高能量密度的锡-石墨双离子电池”文章(AdvancedEnergyMaterials，Adv.EnergyMater.2017,1601963)。其研究团队利用锡箔作为新型高效双离子电池的负极片，由于减少了传统的负极活性材料，这种新型高效电池体系电池的比能量密度更高、成本更低。但是，采用锡箔作为负极用于钠离子体系中，会出现锡钠合金化带来的体积膨胀及粉化现象，以及锡箔表面的毛刺刺穿隔膜，导致安全问题。当使用在锂离子电池上商业化的碳材料作为钠电负极时，钠离子不能像锂离子那样自由的嵌入和脱出，仅可形成NaC64，而且还与碳形成更高价的钠碳化合物；而钠合金负极虽初始容量较高，体积膨胀会带来循环稳定性锐减。目前比较常见的钠离子电池负极材料主要以一些硬碳材料为主。与锂离子电池中的问题类似，由于硬碳材料的电位平台较低，很容易在负极表面形成金属钠的沉积，导致钠电池同样存在安全隐患。另一方面，采用锡箔作为负极，会出现锡钠合金化带来的体积膨胀及粉化现象，以及锡箔表面的毛刺刺穿隔膜，导致安全问题。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供碲、碲化合物或碲复合材料用作负极活性材料在钠基双离子电池中的应用，通过将碲、碲化合物或碲复合材料作为负极活性材料用于钠基双离子电池体系中，能够缓解使用碳材料作负极材料存在的电位低，易析出钠沉积以及而采用锡箔作为负极容易体积膨胀及粉化而引起的安全问题。本专利技术的目的之二在于提供一种钠碲双离子电池，采用双离子体系工作原理，钠盐阴离子可以在正极材料中可逆插层，钠离子则与碲负极发生合金化反应，反应电位较高，可以显著提升电池工作电压，进而提升电池能量密度。本专利技术提供的钠碲双离子电池具有安全性好、比能量密度高和循环稳定的特点。本专利技术的目的之三在于提供一种钠碲双离子电池的制备方法，将负极、电解液、隔膜、正极进行组装，生产工艺简单、成本低。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了碲、碲化合物或碲复合材料用作负极活性材料在钠基双离子电池中的应用。优选地，在本专利技术技术方案的基础上，碲包括碲粉、碲纳米线、碲微球、碲中空球或花瓣状碲球中的一种或至少两种；优选地，碲化合物包括过渡态金属碲化物和/或氧族碲化合物；优选地，过渡态金属碲化物包括碲化钒、碲化钛、碲化钨、碲化钼、碲化铜、碲化锌或碲化锡一种或至少两种；优选地，氧族碲化合物包括氧化碲、硫化碲或硒化碲中的一种或至少两种；优选地，碲复合材料包括碲微球/碳材料、碲纳米线/石墨烯材料或碲纳米线/碳纳米管材料中的一种或至少两种。第二方面，本专利技术提供了一种钠碲双离子电池，包括负极、正极、介于正负极之间的隔膜以及电解液；所述负极包括负极集流体和负极材料，负极材料包括负极活性材料，负极活性材料包括碲、碲化合物或碲复合材料；所述正极包括正极集流体和正极材料，正极材料包括正极活性材料，正极活性材料包括能够可逆地嵌入、脱嵌电解液中阴离子的材料；所述电解液包括钠盐和非水溶剂。优选地，在本专利技术技术方案的基础上，碲包括碲粉、碲纳米线、碲微球、碲中空球或花瓣状碲球中的一种或至少两种；优选地，碲化合物包括过渡态金属碲化物和/或氧族碲化合物；优选地，过渡态金属碲化物包括碲化钒、碲化钛、碲化钨、碲化钼、碲化铜、碲化锌或碲化锡一种或至少两种；优选地，氧族碲化合物包括氧化碲、硫化碲或硒化碲中的一种或至少两种；优选地，碲复合材料包括碲微球/碳材料、碲纳米线/石墨烯材料或碲纳米线/碳纳米管材料中的一种或至少两种。优选地，在本专利技术技术方案的基础上，能够可逆地嵌入、脱嵌电解液中阴离子的材料包括石墨类碳材料、硫化物、氮化物、氧化物或碳化物材料中的一种或至少两种；优选地，石墨类碳材料包括中间相碳微球石墨、天然石墨、膨胀石墨、玻璃碳、碳碳复合材料、碳纤维、硬碳、多孔炭、高取向石墨、炭黑、碳纳米管或石墨烯中的一种或至少两种，优选为膨胀石墨；优选地，硫化物包括二硫化钼、二硫化钨、二硫化钒、二硫化钛、二硫化铁、硫化亚铁、硫化镍、硫化锌、硫化钴或硫化锰中的一种或至少两种；优选地，氮化物包括六方氮化硼或碳掺杂六方氮化硼中的一种或两种；优选地，氧化物包括三氧化钼、三氧化钨、五氧化二钒、二氧化钒、二氧化钛、氧化锌、氧化铜、氧化镍或氧化锰中的一种或至少两种；优选地，碳化物包括碳化钛、碳化钽、碳化钼或碳化硅中的一种或至少两种。优选地，在本专利技术技术方案的基础上，负极材料包括60-90wt％的负极活性材料、5-30wt％的导电剂和5-10wt％的粘结剂；优选地，导电剂包括导电炭黑、导电碳球、导电石墨、碳纳米管、碳纤维、石墨烯或还原氧化石墨烯中的一种或至少两种；优选地，粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、SBR橡胶或聚烯烃类粘结剂中的一种或至少两种；优选地，所述负极集流体为铜、铬、镁、铁、镍、锡、锌、锂、铝、钙、钕、铅、锑、锶、钇、镧、锗、钴、铈、铍、银、金或钡中任意一种的金属；或，所述负极集流体为至少包含铜、铬、镁、铁、镍、锡、锌、锂、铝、钙、钕、铅、锑、锶、钇、镧、锗、钴、铈、铍、银、金或钡中任意一种的合金；或，所述负极集流体为至少包含铜、铬、镁、铁、镍、锡、锌、锂、铝、钙、钕、铅、锑、锶、钇、镧、锗、钴、铈、铍、银、金或钡中任意一种的金属复合物；优选地，负极集流体为铜；优选地，在本专利技术技术方案的基础上，正极材料包括60-90wt％的正极活性材料、5-30wt％的导电剂和5-10wt％的粘结剂；优选地，导电剂包括导电炭黑、导电碳球、导电石墨、碳纳米管、碳纤维、石墨烯或还原氧化石墨烯中的一种或至少两种；优选地，粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、SBR橡胶或聚烯烃类粘结剂中的一种或至少两种；优选地，所述正极集流体为铝、锂、镁、钒、铜、铁、锡、锌、镍、钛或锰中任意一种的金属；或，所述正极集流体为至少包含铝、锂、镁、钒、铜、铁、锡、锌、镍、钛或锰中任意一种的合金；或，所述正极集流体为至少包含铝、锂、镁、钒、铜、铁、锡、锌、镍、钛或锰中任意一种的金属复合物；优选地，正极集流体为铝。优选地，在本专利技术技术方案的基础上，电解液中钠盐的浓度范围为0.1-10mol/L，优选0.5-1mol/L；优选地，所述钠盐包括六氟磷酸钠、硼氢化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氯化钠、氟化钠、硫酸钠、磷酸钠、硝酸钠、二氟草酸硼酸钠、焦磷酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、柠檬酸钠、偏硼酸钠、硼酸钠、钼酸钠、钨酸钠、溴化钠、亚硝酸钠、碘酸钠、碘化钠、硅酸钠、木质素磺酸钠、草酸钠、铝酸钠、甲基磺酸钠、醋酸钠、重铬酸钠、六氟砷酸钠、四氟硼酸钠、高氯酸钠或三氟甲烷磺酰亚胺钠中的一种或至少两种；优选为六氟磷酸钠；优选地，所述非水溶剂包括有机溶剂和/或离子液体；优选地，有机溶剂包括酯类、砜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.碲、碲化合物或碲复合材料用作负极活性材料在钠基双离子电池中的应用。

【技术特征摘要】
1.碲、碲化合物或碲复合材料用作负极活性材料在钠基双离子电池中的应用。2.按照权利要求1所述的应用，其特征在于，碲包括碲粉、碲纳米线、碲微球、碲中空球或花瓣状碲球中的一种或至少两种；优选地，碲化合物包括过渡态金属碲化物和/或氧族碲化合物；优选地，过渡态金属碲化物包括碲化钒、碲化钛、碲化钨、碲化钼、碲化铜、碲化锌或碲化锡一种或至少两种；优选地，氧族碲化合物包括氧化碲、硫化碲或硒化碲中的一种或至少两种；优选地，碲复合材料包括碲微球/碳材料、碲纳米线/石墨烯材料或碲纳米线/碳纳米管材料中的一种或至少两种。3.一种钠碲双离子电池，其特征在于，包括负极、正极、介于正负极之间的隔膜以及电解液；所述负极包括负极集流体和负极材料，负极材料包括负极活性材料，负极活性材料包括碲、碲化合物或碲复合材料；所述正极包括正极集流体和正极材料，正极材料包括正极活性材料，正极活性材料包括能够可逆地嵌入、脱嵌电解液中阴离子的材料；所述电解液包括钠盐和非水溶剂。4.按照权利要求3所述的钠碲双离子电池，其特征在于，碲包括碲粉、碲纳米线、碲微球、碲中空球或花瓣状碲球中的一种或至少两种；优选地，碲化合物包括过渡态金属碲化物和/或氧族碲化合物；优选地，过渡态金属碲化物包括碲化钒、碲化钛、碲化钨、碲化钼、碲化铜、碲化锌或碲化锡一种或至少两种；优选地，氧族碲化合物包括氧化碲、硫化碲或硒化碲中的一种或至少两种；优选地，碲复合材料包括碲微球/碳材料、碲纳米线/石墨烯材料或碲纳米线/碳纳米管材料中的一种或至少两种。5.按照权利要求3所述的钠碲双离子电池，其特征在于，能够可逆地嵌入、脱嵌电解液中阴离子的材料包括石墨类碳材料、硫化物、氮化物、氧化物或碳化物材料中的一种或至少两种；优选地，石墨类碳材料包括中间相碳微球石墨、天然石墨、膨胀石墨、玻璃碳、碳碳复合材料、碳纤维、硬碳、多孔炭、高取向石墨、炭黑、碳纳米管或石墨烯中的一种或至少两种，优选为膨胀石墨；优选地，硫化物包括二硫化钼、二硫化钨、二硫化钒、二硫化钛、二硫化铁、硫化亚铁、硫化镍、硫化锌、硫化钴或硫化锰中的一种或至少两种；优选地，氮化物包括六方氮化硼或碳掺杂六方氮化硼中的一种或两种；优选地，氧化物包括三氧化钼、三氧化钨、五氧化二钒、二氧化钒、二氧化钛、氧化锌、氧化铜、氧化镍或氧化锰中的一种或至少两种；优选地，碳化物包括碳化钛、碳化钽、碳化钼或碳化硅中的一种或至少两种。6.按照权利要求3-5任一项所述的钠碲双离子电池，其特征在于，负极材料包括60-90wt％的负极活性材料、5-30wt％的导电剂和5-10wt％的粘结剂；优选地，导电剂包括导电炭黑、导电碳球、导电石墨、碳纳米管、碳纤维、石墨烯或还原氧化石墨烯中的一种或至少两种；优选地，粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、SBR橡胶或聚烯烃类粘结剂中的一种或至少两种；优选地，所述负极集流体为铜、铬、镁、铁、镍、锡、锌、锂、铝、钙、钕、铅、锑、锶、钇、镧、锗、钴、铈、铍、银、金或钡中任意一种的金属；或，所述负极集流体为至少包含铜、铬、镁、铁、镍、锡、锌、锂、铝、钙、钕、铅、锑、锶、钇、镧、锗、钴、铈、铍、银、金或钡中任意一种的合金；或，所述负极集流体为至少包含铜、铬、镁、铁、镍、锡、锌、锂、铝、钙、钕、铅、锑、锶、钇、镧、锗、钴、铈、铍、银、金或钡中任意一种的金属复合物；优选地，负极集流体为铜。7.按照权利要求3-5任一项所述的钠碲双离子电池，其特征在于，正极材料包括60-90wt％的正极活性材料、5-30wt％的导电剂和5-10wt％的粘结剂；优选地，导电剂包括导电炭黑、导电碳球、导电石墨、碳纳米管、碳纤维、石墨烯或还原氧化石墨烯中的一种或至少两种；优选地，粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、SBR橡胶或聚烯烃类粘结剂中的一种或至少两种；优选地，所述正极集流体为铝、锂、镁、钒、铜、铁、锡、锌、镍、钛或锰中任意一种的金属；或，所述正极集流体为至少包含铝、锂、镁、钒、铜、铁、锡、锌、镍、钛或锰中任意一种的合金；或，所述正极集...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐永炳，雷新，张苗，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：广东,44