一种钠离子电池用负极材料制造技术

本发明专利技术提供一种钠离子电池用负极材料

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池用负极材料、负极极片及钠离子电池


[0001]本专利技术属于电池
，具体涉及一种钠离子电池用负极材料
、
负极极片及钠离子电池
。

技术介绍

[0002]锂离子电池因具有能量密度高
、
寿命长
、
无记忆效应等特点而广泛应用于移动电子设备
、
电动汽车
、
无人机等领域
。
随着使用锂离子电池供电的产品的不断发展和，人们对锂离子电池的能量密度
、
寿命和快充性能等提出了更高的需求
。
[0003]然而锂在地球上的储量有限，成本高居不下，会制约锂电池长期应用
。
而钠离子电池中的主元素钠在地球上储量丰富，其原料之一碳酸钠价格低廉，成本优势明显
。
[0004]钠离子电池常用的负极材料为硬碳材料，但是硬碳材料由于比表面积大，化成时消耗更多的钠离子，导致首效很低，此外硬碳负极材料的储钠曲线包含斜坡区和平台区，平台区对应钠离子的插层反应，其较低的钠离子扩散系数会恶化钠离子电池的快充性能，此外高温下负极材料表面的含钠的界面膜容易溶解在电解液中，导致界面需要反复的修复，从而恶化高温性能
。
[0005]因此，如何高效改善钠离子电池的首效
、
循环和高温存储寿命，是当下研究的热点
。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种钠离子电池用负极材料
、<br/>负极极片及钠离子电池
。
本专利技术在钠离子电池用负极材料中添加有机添加剂，有机添加剂含有联苯和偶氮官能团，苯环之间以及苯环与偶氮官能团共轭，可形成大的离域
Π
键，联苯官能团具有刚性，可抑制嵌脱钠过程中负极材料的膨胀，此外磺酸钠基团既可以吸附在负极表面，也可以加速钠离子在负极表面的传递，还可以减少钠离子电池化成时负极表面电解液和活性钠离子的消耗
。
因此，在负极材料中加入所述有机添加剂可以综合改善钠离子电池的首效
、
循环和高温存储寿命
。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种钠离子电池用负极材料，所述钠离子电池用负极材料包括负极活性物质和有机添加剂；
[0009]所述有机添加剂中含有包含至少2个磺酸钠基团
、
至少1个联苯官能团和至少1个偶氮官能团，且苯环与偶氮官能团共轭
。
[0010]本专利技术在钠离子电池用负极材料中添加有机添加剂，有机添加剂含有联苯和偶氮官能团，苯环之间以及苯环与偶氮官能团共轭，可形成大的离域
Π
键，联苯官能团具有刚性，可抑制嵌脱钠过程中负极材料的膨胀，此外磺酸钠基团既可以吸附在负极表面，也可以加速钠离子在负极表面的传递，还可以减少钠离子电池化成时负极表面电解液和活性钠离子的消耗
。
[0011]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述有机添加剂为水溶性偶氮类着色剂
。
[0012]需要说明的是，水溶性偶氮类着色剂指的是指可以溶于水的具有偶氮官能团的着色剂，广泛用于化妆品
、
食品
、
染料等行业，本专利技术的有机添加剂为水溶性有机添加剂，主要是因为常规的负极制备均是以水为溶剂，水溶性的添加剂才能更好地分散，以及更均匀地包覆在负极活性材料表面
。
[0013]优选地，所述水溶性偶氮类着色剂包括苋菜红
、
日落黄
、
新胭脂红和诱惑红中的至少一种
。
[0014]需要说明的是，苋菜红又名酸性红
27、
食品红2，鸡冠花红，是一种有机化合物，化学式为
C
20
H
11
N2Na3O
10
S3，结构式为
。
[0015]需要说明的是，日落黄的化学名称为6‑
羟基
‑5‑
[(4
‑
磺酸基苯基
)
偶氮
]‑2‑
萘磺酸的二钠盐，分子式为
C
16
H
10
N2Na2O7S2，结构式为
。
[0016]需要说明的是，新胭脂红是一款化学制剂，又称酸性红
18
，丽春红
4R
，化学名称为1‑
(4
‑
磺酸
‑1‑
萘偶氮
)
‑2‑
羟基
‑
6,8
‑
萘二磺酸三钠盐，化学式为
C
20
H
11
N2Na3O
10
S3，结构式为
。
[0017]需要说明的是，诱惑红别名艳红
、
阿落拉红
、
食用赤色
40
号（日本名），分子式为
C
18
H
14
N2Na2O8S2，结构式为
。
[0018]作为本专利技术一种优选的技术方案，以所述负极材料的质量为基准，所述有机添加剂的质量分数为
0.1
‑
2%
，例如可以是
0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%、1%、1.3%、1.5%、1.7%
或
1.9%
等
。
[0019]本专利技术中，若有机添加剂的质量分数过小，则无法有效在负极活性材料表面包覆，无法发挥作用；若有机添加剂的质量分数过大，则在负极表面包覆太厚，反而阻碍钠离子在负极表面地迁移，此外也会明显降低钠离子电池的能量密度
。
[0020]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述钠离子电池用负极材料还包括含钠无机盐添加剂
。
[0021]本专利技术中，含钠无机盐添加剂可以附着在负极的表面作为界面膜的组份，通过在有机添加剂的基础上加入含钠添加剂，可以进一步改善钠离子电池的高温循环和存储寿命
。
[0022]本专利技术中，有机添加剂属于大分子化合物，其在负极材料表面包覆时，形成的人工界面膜之间会有间隙，而在此基础上加入含钠无机盐添加剂，无机盐添加剂分子量较小，可以填充有机添加剂形成的人工界面膜的空隙，从而形成更致密的人工界面膜，进一步降低钠离子电池表面界面膜的厚度，从而缩短钠离子在负极表面的传输路径，改善快充性能；此外，含钠无机盐添加剂含有钠离子，可以减少负极表面钠离子的消耗，进一步改善电池首效
。
[0023]优选地，所述含钠无机盐添加剂包括碳酸钠
、
磷酸钠
、
硅酸钠和硫酸钠中的至少一种
。
[0024]作为本专利技术一种优选的技术方案，以所述负极材料的质量为基准，所述含钠无机盐添加剂的质量分数为
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种钠离子电池用负极材料，其特征在于，所述钠离子电池用负极材料包括负极活性物质和有机添加剂；所述有机添加剂中含有至少2个磺酸钠基团
、
至少1个联苯官能团和至少1个偶氮官能团，且苯环与偶氮官能团共轭
。2.
根据权利要求1所述的钠离子电池用负极材料，其特征在于，所述有机添加剂为水溶性偶氮类着色剂；所述水溶性偶氮类着色剂包括苋菜红
、
日落黄
、
新胭脂红和诱惑红中的至少一种
。3.
根据权利要求1所述的钠离子电池用负极材料，其特征在于，以所述负极材料的质量为基准，所述有机添加剂的质量分数为
0.1
‑
2%。4.
根据权利要求1所述的钠离子电池用负极材料，其特征在于，所述钠离子电池用负极材料还包括含钠无机盐添加剂；所述含钠无机盐添加剂包括碳酸钠
、
磷酸钠
、
硅酸钠和硫酸钠中的至少一种
。5.
根据权利要求4所述的钠离子电池用负极材料，其特征在于，以所述负极材料的质量为基准，所述含钠无机盐添加剂的质量分数为
0.1
‑
1%。6.
根据权利要求1所述的钠离子电池用负极材料，其特征在于，所述负极活性物质包括硬碳

【专利技术属性】
技术研发人员：田少杰，臧成杰，郑春龙，张艳辉，
申请(专利权)人：江苏天鹏电源有限公司，
类型：发明
国别省市：