【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池材料，具体涉及一种人工固体电解质界面层修饰的钠金属负极的制备方法及应用。
技术介绍
1、可再充钠金属电池具有能量密度高、钠资源丰富以及成本低等优点，在大规模电网储能等能源应用中具有广阔前景。近来，由金属钠负极和液态有机电解液组成的室温金属钠电池得到了广泛的关注。然而，金属钠可加工性差使得电极制造难度大，而且高的化学活性易导致电极安全性差、库仑效率低和循环稳定性差等问题。当电池发热或环境温度升高时，金属钠与电解液之间的副反应变得更加严重，严重阻碍了可再充钠金属电池的发展。因此开发具有高性能的钠金属负极是开发高性能可再充钠金属电池的关键。
2、表面修饰具有制备方法简单、成本低和易于大规模生产等优点，是提高现有钠金属负极机械和电化学性能最可行的策略之一。其中，开发原位一步策略得到同时具有有机和无机组分均匀分布，且同时具有电子和离子导电相的人工固体电解质界面具有重要意义，且有广阔的应用前景，能够开发出具有实用化潜力的具有综合优异性能的先进高性能钠金属负极。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种人工固体电解质界面层修饰的钠金属负极的制备方法及应用。本专利技术基于金属-双(乙酰胺)骨架材料和氢化硼烯，能与金属钠在室温下反应，得到同时具有有机和无机组分均匀分布，且同时具有电子和离子导电相的人工固体电解质界面的独特性质，以金属-双(乙酰胺)骨架材料和氢化硼烯以及金属钠为前驱体，通过在室温下进行机械辊压，金属-双(乙酰胺)骨架材料和氢化硼烯都与金属钠发生表面反应
2、为解决以上技术问题，本专利技术采取如下技术方案：
3、一种人工固体电解质界面层修饰的钠金属负极的制备方法，该方法以金属-双(乙酰胺)骨架材料和氢化硼烯以及金属钠为前驱体，通过在室温下进行机械辊压，金属-双(乙酰胺)骨架材料和氢化硼烯都与金属钠发生表面反应，得到具有有机和无机组分均匀分布的人工固体电解质界面层修饰的金属钠负极；该室温固相反应法具有直接在钠金属负极表面原位生成高效人工固体电解质界面的优势，能够得到有机和无机组分均匀分布的人工固体电解质界面层修饰的钠金属负极(co(hmba)3[co(ncs)4]-氢化硼烯@金属钠、co(hmba)3[cobr4]-氢化硼烯@金属钠、mn(hmba)3[mnbr4]-氢化硼烯@金属钠、mn(hmba)3[mncl4]-氢化硼烯@金属钠、mn(bba)3[mncl4]-氢化硼烯@金属钠、mn(bba)3[zncl4]-氢化硼烯@金属钠、co(bba)3[cocl4]-氢化硼烯@金属钠、fe(bba)3[fecl4]-氢化硼烯@金属钠、co(bba)3br2-氢化硼烯@金属钠和mg(bba)3cl2-氢化硼烯@金属钠)；该法基于金属-双(乙酰胺)骨架材料和氢化硼烯，能与金属钠在室温下反应，得到同时具有有机和无机组分均匀分布，且同时具有电子和离子导电相的人工固体电解质界面的独特性质，以金属-双(乙酰胺)骨架材料和氢化硼烯以及金属钠为前驱体，通过在室温下进行机械辊压，金属-双(乙酰胺)骨架材料和氢化硼烯都与金属钠发生表面反应，得到具有有机和无机组分均匀分布的人工固体电解质界面层修饰的金属钠负极；该室温固相反应法具有直接在钠金属负极表面原位生成高效人工固体电解质界面的优势，能够得到具有有机和无机组分均匀分布的人工固体电解质界面层，从而稳定钠金属负极并提高其机械强度和电化学性能，大大增加可以制备的具有不同人工固体电解质界面层修饰的金属钠负极的种类。
4、根据本专利技术的一个具体和优选方面，所述的制备方法包括如下步骤：
5、(1)在氩气保护下，把混合均匀的金属-双(乙酰胺)骨架材料和氢化硼烯粉末(即：采用金属金属-双(乙酰胺)骨架材料和氢化硼烯均匀混合后的粉末)均匀铺在新鲜光亮的钠金属表面，然后在氩气保护下，进行室温机械辊压；
6、(2)而后在氩气保护下，室温条件下放置一段时间，使表面反应进行充分，然后用细毛刷把金属钠表面未反应的金属-双(乙酰胺)骨架材料和氢化硼烯粉末去除，得到人工固体电解质界面层修饰的金属钠负极。
7、进一步地，所述步骤(1)中金属-双(乙酰胺)骨架材料为co(hmba)3[co(ncs)4]、co(hmba)3[cobr4]、mn(hmba)3[mnbr4]、mn(hmba)3[mncl4]、mn(bba)3[mncl4]、mn(bba)3[zncl4]、co(bba)3[cocl4]、fe(bba)3[fecl4]、co(bba)3br2和mg(bba)3cl2中的一种，其中hmba为n,n'-1,6-六亚甲基双(乙酰胺)，bba为n,n′-1,4-丁烯双(乙酰胺)。
8、进一步地，所述步骤(1)中金属-双(乙酰胺)骨架材料在钠金属负极表面的加入量为0.1～2.0毫克每平方厘米。
9、进一步地，所述步骤(1)中的氢化硼烯在钠金属负极表面的加入量为0.1～1.2毫克每平方厘米。
10、进一步地，所述步骤(1)和(2)中的室温反应的温度为10℃～30℃。
11、进一步地，所述步骤(2)中的室温下的反应时间为8～48小时。
12、进一步地，所述步骤(2)中得到的人工固体电解质界面层修饰的金属钠负极的厚度为150～500微米。
13、本专利技术还涉及一种上述制备的co(hmba)3[co(ncs)4]-氢化硼烯@金属钠、co(hmba)3[cobr4]-氢化硼烯@金属钠、mn(hmba)3[mnbr4]-氢化硼烯@金属钠、mn(hmba)3[mncl4]-氢化硼烯@金属钠、mn(bba)3[mncl4]-氢化硼烯@金属钠、mn(bba)3[zncl4]-氢化硼烯@金属钠、co(bba)3[cocl4]-氢化硼烯@金属钠、fe(bba)3[fecl4]-氢化硼烯@金属钠、co(bba)3br2-氢化硼烯@金属钠和mg(bba)3cl2-氢化硼烯@金属钠用于钠金属电池负极材料的用途。
14、根据一个具体方面，采取如下步骤来制备出钠金属-铝箔非对称电池和钠金属-钠金属对称电池，并进行电化学性能测试：
15、(1)将得到的人工固体电解质界面层修饰的金属钠负极裁剪成直径为16毫米的圆片；将商用的铝箔裁剪成直径为16毫米的圆片。
16、(2)模拟电池采用扣式cr2032型，其中电解液为1m六氟磷酸钠的dme(二甲醚)溶液。对于钠金属-铝箔非对称电池，负极是人工固体电解质界面层修饰的金属钠负极，正极是商用铝箔；对于钠金属-钠金属对称电池，正极本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种人工固体电解质界面层修饰的钠金属负极的制备方法，其特征在于：该方法以金属-双(乙酰胺)骨架材料和氢化硼烯以及金属钠为前驱体，通过在室温下进行机械辊压，金属-双(乙酰胺)骨架材料和氢化硼烯都与金属钠发生表面反应，得到具有有机和无机组分均匀分布的人工固体电解质界面层修饰的金属钠负极；具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的人工固体电解质界面层修饰的钠金属负极的制备方法，其特征在于：所述金属-双(乙酰胺)骨架材料为Co(hmba)3[Co(NCS)4]、Co(hmba)3[CoBr4]、Mn(hmba)3[MnBr4]、Mn(hmba)3[MnCl4]、Mn(bba)3[MnCl4]、Mn(bba)3[ZnCl4]、Co(bba)3[CoCl4]、Fe(bba)3[FeCl4]、Co(bba)3Br2和Mg(bba)3Cl2中的一种，其中hmba为N,N'-1,6-六亚甲基双(乙酰胺)，bba为N,N′-1,4-丁烯双(乙酰胺)。
3.根据权利要求1所述的人工固体电解质界面层修饰的钠金属负极的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的金属-双(乙酰胺)
4.根据权利要求1所述的人工固体电解质界面层修饰的钠金属负极的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的氢化硼烯在钠金属负极表面的加入量为0.1～1.2毫克每平方厘米。
5.根据权利要求1所述的人工固体电解质界面层修饰的钠金属负极的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)和(2)中室温反应的温度为10℃～30℃。
6.根据权利要求1所述的人工固体电解质界面层修饰的钠金属负极的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中室温下的反应时间为8～48小时。
7.根据权利要求1所述的人工固体电解质界面层修饰的钠金属负极的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中得到的人工固体电解质界面层修饰的金属钠负极的厚度为150～500微米。
8.根据权利要求1～7任一所述人工固体电解质界面层修饰的钠金属负极的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)得到的具有人工固体电解质界面层修饰的钠负极为Co(hmba)3[Co(NCS)4]-氢化硼烯@金属钠、Co(hmba)3[CoBr4]-氢化硼烯@金属钠、Mn(hmba)3[MnBr4]-氢化硼烯@金属钠、Mn(hmba)3[MnCl4]-氢化硼烯@金属钠、Mn(bba)3[MnCl4]-氢化硼烯@金属钠、Mn(bba)3[ZnCl4]-氢化硼烯@金属钠、Co(bba)3[CoCl4]-氢化硼烯@金属钠、Fe(bba)3[FeCl4]-氢化硼烯@金属钠、Co(bba)3Br2-氢化硼烯@金属钠和Mg(bba)3Cl2-氢化硼烯@金属钠。
9.根据权利要求1～8任一所述的方法制得的具有人工固体电解质界面层修饰的金属钠负极。
10.根据权利要求9所述的具有人工固体电解质界面层修饰的金
...【技术特征摘要】
1.一种人工固体电解质界面层修饰的钠金属负极的制备方法，其特征在于：该方法以金属-双(乙酰胺)骨架材料和氢化硼烯以及金属钠为前驱体，通过在室温下进行机械辊压，金属-双(乙酰胺)骨架材料和氢化硼烯都与金属钠发生表面反应，得到具有有机和无机组分均匀分布的人工固体电解质界面层修饰的金属钠负极；具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的人工固体电解质界面层修饰的钠金属负极的制备方法，其特征在于：所述金属-双(乙酰胺)骨架材料为co(hmba)3[co(ncs)4]、co(hmba)3[cobr4]、mn(hmba)3[mnbr4]、mn(hmba)3[mncl4]、mn(bba)3[mncl4]、mn(bba)3[zncl4]、co(bba)3[cocl4]、fe(bba)3[fecl4]、co(bba)3br2和mg(bba)3cl2中的一种，其中hmba为n,n'-1,6-六亚甲基双(乙酰胺)，bba为n,n′-1,4-丁烯双(乙酰胺)。
3.根据权利要求1所述的人工固体电解质界面层修饰的钠金属负极的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的金属-双(乙酰胺)骨架材料在钠金属负极表面的加入量为0.1～2.0毫克每平方厘米。
4.根据权利要求1所述的人工固体电解质界面层修饰的钠金属负极的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的氢化硼烯在钠金属负极表面的加入量为0.1～1.2毫克每平方厘米。
5.根据权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：王安乐，方少明，曹德彧，王诗文，周云辉，丁军伟，杨光杰，辛玲，肖宁，王瑞丹，喻宏兴，盛金虎，何泽涵，
申请(专利权)人：河南易成新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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