一种改性集流体及包括该改性集流体的无负极钠金属电池制造技术

本发明专利技术提供了一种用在无负极钠金属电池的改性集流体，本发明专利技术利用内嵌亲钠颗粒的碳材料涂覆在集流体基材上获得改性集流体，所述改性集流体用于无负极钠金属电池，该电池在首次充放电过程中，正极钠离子会在改性集流体上原位沉积金属钠，本发明专利技术是利用内嵌亲钠颗粒的碳材料内的内嵌颗粒降低金属钠的沉积过电位，有利于实现金属钠的均匀可逆沉积/溶解，提高电池的库伦效率。池的库伦效率。池的库伦效率。

【技术实现步骤摘要】
一种改性集流体及包括该改性集流体的无负极钠金属电池


[0001]本专利技术属于二次离子电池
，具体涉及一种改性集流体及包括该改性集流体的无负极钠金属电池。

技术介绍

[0002]近两年来，钠离子电池的产业化进程显著提速，如国内的宁德时代、中科海钠，英国的Faradion，美国的 Natron Energy等，都已经有初步的钠离子电池样品或者产品问世，极大的激发了科研工作者对钠离子电池的开发热情。然而，钠离子电池的能量密度偏低(40～200Wh kg
‑1)，限制了其应用场景。钠金属负极具有高的理论容量(1166 mAh g
‑1)和低的反应点位(
‑
2.73V vs.SHE)，被提出用于构筑高能量密度电池。
[0003]相对于钠金属电池，无负极钠金属电池是一种更加理想化的构想。无负极钠金属电池是装配过程采用集流体作为负极，在充电过程正极脱出的钠离子沉积到集流体上形成钠金属负极。由于没有负极活性材料层，可以极大地减少电芯的质量和体积，提高电池的能量密度。然而，由于金属钠具有高的化学/电化学活性和沉积成核电位，易与电解液发生反应和不均匀沉积，引起SEI膜不稳定和钠枝晶生长，导致库仑效率低，电池循环寿命短；另外，由于金属钠直接沉积在集流体上，会引起电芯体积发生极大变化，给电芯结构设计带来极大挑战，阻碍了无负极电池的实际应用。

技术实现思路

[0004]为了弥补现有技术的不足，本专利技术提供了一种改性集流体及包括该改性集流体的无负极钠金属电池。所述改性集流体具有金属钠成核电位低的特点，可以有效改善金属钠的沉积/溶解性能，同时也可以改善金属钠的沉积/溶解性能过程给电芯带来的巨大的体积变化，稳定电芯结构，提高电池的循环稳定性、库伦效率和循环寿命。
[0005]本专利技术目的是通过如下技术方案实现的：
[0006]一种改性集流体，所述改性集流体包括集流体基材和设置在集流体基材至少一侧表面的改性涂层，所述改性涂层包括内嵌亲钠颗粒的碳材料。
[0007]根据本专利技术的实施方式，所述内嵌亲钠颗粒的碳材料包括碳微粒和内嵌于所述碳微粒中的亲钠颗粒。
[0008]根据本专利技术的实施方式，所述碳微粒为具有空心结构和/或多孔结构的碳微粒。
[0009]根据本专利技术的实施方式，所述内嵌例如是内嵌于空心结构和/或多孔结构中，也可以是内嵌于碳微粒内部。
[0010]根据本专利技术的实施方式，所述空心结构指的是在常规结构的基础上进行几何结构构筑，使颗粒的内部产生一个或者多个内部空腔，而环绕这些空腔形成了壳层的特殊形貌。示例性地，所述空心结构为单空腔空心结构或多空腔空心结构。
[0011]根据本专利技术的实施方式，所述多孔结构指的是内部具有规则孔道或不规则孔道的结构。示例性地，所述多孔结构为规则多孔结构或不规则多孔结构。
[0012]根据本专利技术的实施方式，所述碳微粒的孔隙率为20～80％，例如为20％、 30％、40％、50％、60％、70％或80％。
[0013]根据本专利技术的实施方式，所述碳微粒的粒径为0.5～10μm，例如为0.5μm、 1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm。
[0014]根据本专利技术的实施方式，所述碳微粒为无定型碳微粒。其中，所述无定型碳选自金属
‑
有机框架材料热解碳、树脂热解碳、有机聚合物热解碳、热解炭黑、生物质热解碳、石油焦、针状焦中的至少一种。
[0015]根据本专利技术的实施方式，所述亲钠颗粒选自金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)、锌(Zn)、氧化锌(ZnO)、铜(Cu)、氧化铜(CuO)、锡(Sn)、氧化锡 (SnO)、锑(Sb)、氧化锑(Sb2O3、Sb2O5)、铋(Bi)、氧化铋(Bi2O3)、氧化铝(Al2O3)等中的至少一种。
[0016]根据本专利技术的实施方式，所述亲钠颗粒的粒径为2
‑
100nm，例如为2nm、3 nm、5nm、8nm、10nm、12nm、15nm、18nm、20nm、30nm、35nm、 40nm、45nm、50nm、55nm、60nm、65nm、70nm、75nm、80nm、85nm、 90nm、95nm或100nm。
[0017]根据本专利技术的实施方式，所述内嵌亲钠颗粒的碳材料中，所述亲钠颗粒的质量占内嵌亲钠颗粒的碳材料总质量的质量百分含量的0.5
‑
30％，例如为0.5％、 1％、2％、3％、5％、8％、10％、12％、15％、18％、20％、22％、24％、25％、 26％、28％或30％。
[0018]根据本专利技术的实施方式，所述内嵌亲钠颗粒的碳材料中，所述碳微粒的质量占内嵌亲钠颗粒的碳材料总质量的质量百分含量的70
‑
99.5％，例如为70％、72％、75％、78％、80％、82％、85％、88％、90％、92％、95％、96％、98％、 99％或99.5％。
[0019]根据本专利技术的实施方式，所述内嵌亲钠颗粒的碳材料的粒径为0.5
‑
10.0μm，例如为0.5μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm。
[0020]根据本专利技术的实施方式，所述改性涂层是通过涂覆的方式覆盖在集流体基材表面上。所述集流体基材包括，但不限于：铜箔、打孔铜箔、镍箔、铝箔、打孔铝箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜和它们的任意组合。
[0021]根据本专利技术的实施方式，所述集流体基材的厚度可以为5
‑
20μm，例如为 5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、12μm、13μm、15μm或20μm。
[0022]根据本专利技术的实施方式，所述改性涂层还包括粘结剂、导电剂和增稠剂。
[0023]根据本专利技术的实施方式，所述导电剂包括，但不限于：基于碳的材料、基于金属的材料、导电聚合物或它们的混合物。在一些实施例中，基于碳的材料选自天然石墨、人造石墨、碳黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维或其任意组合。
[0024]根据本专利技术的实施方式，所述粘结剂包括，但不限于：聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、丁苯橡胶(SBR)、丁腈橡胶(NBR)、水系丙烯酸树脂、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚氨酯、氟化橡胶、羧甲基纤维素(CMC)、聚丙烯酸(PAA)。
[0025]根据本专利技术的实施方式，所述增稠剂包括，但不限于：羧甲基纤维素钠和/ 或羧甲基纤维素锂。
[0026]根据本专利技术的实施方式，所述改性涂层中各组分的质量百分含量为：
[0027]75～98wt％的内嵌亲钠颗粒的碳材料、0～15wt％的导电剂、0～10wt％的粘结剂、0～15wt％的增稠剂。
[0028]优选地，所述改性涂层中各组分的质量百分含量为：
[0029]85～96wt％的内嵌亲钠颗粒的碳材料、2～10wt％的导电剂、2～8wt％的粘结剂、2～8wt％的增稠剂。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性集流体，其特征在于，所述改性集流体包括集流体基材和设置在集流体基材至少一侧表面的改性涂层，所述改性涂层包括内嵌亲钠颗粒的碳材料。2.根据权利要求1所述的改性集流体，其特征在于，所述内嵌亲钠颗粒的碳材料包括碳微粒和内嵌于所述碳微粒中的亲钠颗粒，所述碳微粒具有空心结构和/或多孔结构。3.根据权利要求2所述的改性集流体，其特征在于，所述碳微粒的孔隙率为20～80％；和/或，所述碳微粒的粒径为0.5～10μm。4.根据权利要求2所述的改性集流体，其特征在于，所述碳微粒为无定型碳微粒；所述无定型碳选自金属
‑
有机框架材料热解碳、树脂热解碳、有机聚合物热解碳、热解炭黑、生物质热解碳、石油焦、针状焦中的至少一种。5.根据权利要求1所述的改性集流体，其特征在于，所述亲钠颗粒选自金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)、锌(Zn)、氧化锌(ZnO)、铜(Cu)、氧化铜(CuO)、锡(Sn)、氧化锡(SnO)、锑(Sb)、氧化锑(Sb2O3、Sb2O5)、铋(Bi)、氧化铋(Bi2...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵伟，李素丽，
申请(专利权)人：珠海冠宇电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：