【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无负极钠金属电池，具体涉及一种无负极钠金属电池的复合集流体及制备方法。
技术介绍
1、储能技术的发展对锂资源的需求越来越大，然而锂资源的储量和分布不均使得锂电成本居高不下。由于天然钠资源丰富，钠离子电池已经被视为锂电在低成本领域的重要补充。然而，钠离子电池当前的整体能量密度小于150wh kg-1，远低于锂离子电池。由于金属钠的理论比容量高达1165mah g-1，采用金属钠作为负极是提高钠离子电池能量密度最有希望的方案。但是，钠金属负极的活泼性导致电池的制造和运输较为困难。新型无负极钠金属电池的设计，不仅让钠金属电池的能量密度得到进一步提升，而且避免了金属钠负极制造运输困难。然而，无负极钠金属电池面临在集流体上沉积不均匀性、钠枝晶断裂形成死钠消耗活性钠、形成不可逆sei导致库伦效率低和循环寿命短的问题。且没有额外的钠源来补偿活性钠的损失，使得负极侧钠金属的沉积和剥离过程极具挑战。
2、目前对集流体进行优化，提高无负极(零过量钠)配置的工作相对较少，且集流体改性策略比较单一，难以兼顾循环稳定性和最少钠源消耗。
技术实现思路
1、鉴于此，针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于设计一种无负极钠金属电池复合集流体，在零过量钠金属的情况下，在负极侧实现更高效率钠金属可逆性的沉积和剥离，提高无负极钠金属的循环性能。
2、为了实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
3、一种无负极钠金属电池的复合集流体，包括集流体、亲钠层、钝化层和分子筛层
4、进一步的，所述亲钠层的厚度为5μm-25μm，优选10μm、15μm、20μm、25μm；所述钝化层的厚度为1-10μm，优选5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm；所述分子筛层的厚度为1-10μm，优选5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm。
5、进一步的，所述亲钠层包括亲钠材料，所述亲钠材料的尺寸为纳米尺寸，优选的，亲钠材料为量子尺寸的材料。
6、进一步的，所述亲钠材料包括sn纳米颗粒、ag纳米颗粒、zn纳米颗粒、zno量子点、sno2量子点、v2o5量子点、coo量子点、石墨烯量子点、碳量子点中的一种或者几种的组合。
7、进一步的，所述钝化层包括钝化材料，所述钝化材料具有孔隙结构且不具有亲钠特性，不具有亲钠特性指的是对钠金属不亲和或者亲钠性较差的材料。
8、进一步的，所述钝化材料包括al2o3、pan、碳纳米管、富勒烯中的一种或者几种的组合。
9、进一步的，所述分子筛层包括分子筛材料，所述分子筛材料包括商业化的3a分子筛、4a分子筛、5a分子筛中的一种或多种的组合，优选的，所述分子筛材料为3a分子筛。
10、一种所述的无负极钠金属电池的复合集流体的制备方法，包括以下步骤：
11、步骤一、将粘结剂和分散剂混合均匀配置成浆液ⅰ，然后将亲钠材料加入浆液ⅰ中搅拌均匀并涂覆在集流体上形成具有高度亲钠特性的亲钠层；
12、步骤二、将钝化材料与粘结剂混合均匀形成浆液ⅱ，然后将浆液ⅱ喷涂在亲钠层上形成钝化层；
13、步骤三、将分子筛型材料与粘结剂混合均匀形成浆液ⅲ，然后将浆液ⅲ喷涂在钝化层上形成分子筛层，最后真空干燥后形成三维多功能的复合型集流体。
14、进一步的，步骤一至步骤三所使用的粘结剂为油性粘结剂，包括聚偏二氟乙烯(pvdf)、聚丙烯酰胺(pam)、聚酰亚胺(pi)、六氟丙烯(hfp)、聚醋酸乙烯酯(pvac)中一种或者几种的组合。优选的，层与层之间所用的粘结剂材料相同。
15、进一步的，步骤一中，涂覆的方式为喷涂或转移式涂布。
16、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
17、1、本专利技术在集流体上喷涂多层薄修饰层形成无负极钠金属电池的复合集流体，制备过程简单可控，均一化强，不存在多次涂布或者多次堆积成膜造成衬底受损的情况，比较适合工业化应用。
18、2、本专利技术设计的无负极钠金属电池的复合集流体结构能够实现多功能调节钠沉积过程，顶部的分子筛构建的高度聚集的溶剂化结构减少了na+在电解液中的副反应，抑制了电解液分解，减少了不可逆钠源的消耗；中间具有一定孔隙结构的钝化层对钠不亲和或者亲和性较差，使得钠金属往亲和性更强的下部沉积，减少了钠金属在顶部形成枝晶导致体积膨胀的概率；底部设计的高度亲钠颗粒为钠沉积提供了丰富均匀的成核位点，降低了成核过电势，有效地捕获了钠离子，诱导了na+在衬底上均匀地沉积和剥离。
19、3、本专利技术所喷涂的改性薄层多为纳米或者量子尺寸颗粒，在钠金属沉积过程中起到限域的作用，引导了钠金属沉积更加细小致密均匀，从而对钠枝晶形成起到抑制作用。
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1.一种无负极钠金属电池的复合集流体，其特征在于：包括集流体(4)、亲钠层(1)、钝化层(2)和分子筛层(3)，所述亲钠层(1)涂覆在集流体(4)上，所述钝化层(2)涂覆在亲钠层(1)上，所述分子筛层(3)涂覆在钝化层(2)上。
2.根据权利要求1所述的一种无负极钠金属电池的复合集流体，其特征在于：所述亲钠层(1)的厚度为5μm-25μm，钝化层(2)的厚度为1-10μm，分子筛层(3)的厚度为1-10μm。
3.根据权利要求1所述的一种无负极钠金属电池的复合集流体，其特征在于：所述亲钠层(1)包括亲钠材料，所述亲钠材料的尺寸为纳米尺寸。
4.根据权利要求3所述的一种无负极钠金属电池的复合集流体，其特征在于：所述亲钠材料包括Sn纳米颗粒、Ag纳米颗粒、Zn纳米颗粒、ZnO量子点、SnO2量子点、V2O5量子点、CoO量子点、石墨烯量子点、碳量子点中的一种或者几种的组合。
5.根据权利要求1所述的一种无负极钠金属电池的复合集流体，其特征在于：所述钝化层(2)包括钝化材料，所述钝化材料具有孔隙结构且不具有亲钠特性。
6.根据
7.根据权利要求1所述的一种无负极钠金属电池的复合集流体，其特征在于：所述分子筛层(3)包括分子筛材料，所述分子筛材料包括商业化的3A分子筛、4A分子筛、5A分子筛中的一种或多种的组合。
8.一种权利要求1-7任一权利要求所述的无负极钠金属电池的复合集流体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：步骤一至步骤三所使用的粘结剂为油性粘结剂，包括聚偏二氟乙烯、聚丙烯酰胺、聚酰亚胺、六氟丙烯、聚醋酸乙烯酯中一种或者几种的组合。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：步骤一中，涂覆的方式为喷涂或转移式涂布。
...【技术特征摘要】
1.一种无负极钠金属电池的复合集流体，其特征在于：包括集流体(4)、亲钠层(1)、钝化层(2)和分子筛层(3)，所述亲钠层(1)涂覆在集流体(4)上，所述钝化层(2)涂覆在亲钠层(1)上，所述分子筛层(3)涂覆在钝化层(2)上。
2.根据权利要求1所述的一种无负极钠金属电池的复合集流体，其特征在于：所述亲钠层(1)的厚度为5μm-25μm，钝化层(2)的厚度为1-10μm，分子筛层(3)的厚度为1-10μm。
3.根据权利要求1所述的一种无负极钠金属电池的复合集流体，其特征在于：所述亲钠层(1)包括亲钠材料，所述亲钠材料的尺寸为纳米尺寸。
4.根据权利要求3所述的一种无负极钠金属电池的复合集流体，其特征在于：所述亲钠材料包括sn纳米颗粒、ag纳米颗粒、zn纳米颗粒、zno量子点、sno2量子点、v2o5量子点、coo量子点、石墨烯量子点、碳量子点中的一种或者几种的组合。
5.根据权利要求1所述的一种无负极钠金属...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄昌永，李权，刘小妮，刘旭亮，陈广远，林子舜，李博，
申请(专利权)人：新疆汉行科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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