本發(fā)明涉及鈉離子電池負(fù)極材料，尤其涉及一種鈉離子電池負(fù)極材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、鈉離子電池是一種二次電池，鈉和鋰同屬于堿金屬主族，擁有與鋰相似的理化性質(zhì)。自從可充電鋰離子電池商業(yè)化以來(lái)，石墨碳作為一種可靠的負(fù)極材料，由于其較高的庫(kù)倫效率、優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和低成本而被廣泛采用。但由于鈉離子半徑大于鋰離子半徑，石墨碳在鈉離子負(fù)極中表現(xiàn)出低比容量。

2、硬碳的無(wú)序性提供了除了插層以外的孔隙吸附位點(diǎn)，為鋰離子和鈉離子提供了儲(chǔ)存空間，因此其作為鋰離子電池或鈉離子電池負(fù)極材料的選擇引起了人們的極大興趣。此外，與石墨相比，硬碳固有的無(wú)序微結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)的大晶面間距使鋰離子或鈉離子在碳骨架中快速遷移，這也表明了硬碳可能有潛在的高充電速率。

3、盡管如此，硬碳作為負(fù)極材料仍然存在一些缺陷，例如，在離子嵌入/脫出過(guò)程中存在較大的滯后，初始庫(kù)倫效率較低，電子導(dǎo)電性較差等問(wèn)題。

4、為了擴(kuò)大硬碳的容量?jī)?yōu)勢(shì)，通過(guò)引入大量微/介孔來(lái)增加吸附位點(diǎn)以提高比容量，但該方法由于比表面積的增加導(dǎo)致不可逆容量也隨之增加。此外，通過(guò)將硬碳和其他高導(dǎo)電性物質(zhì)進(jìn)行復(fù)合或是納米化策略，以提高其電子導(dǎo)電性，提高整體的電化學(xué)性能，但這些方法都無(wú)法從根本上解決其在初始循環(huán)期間具有較大的不可逆容量，導(dǎo)致其首效低的問(wèn)題。如果采用碳包覆等常規(guī)改性方法來(lái)降低硬碳的活性表面積，從而降低其初始不可逆容量。然而，僅僅通過(guò)這種方法很難完全消除首次充放電過(guò)程中較大的容量損失。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷，提供一種鈉離子電池負(fù)極材料及其制備方法和應(yīng)用，該制備方法工藝簡(jiǎn)單，通過(guò)對(duì)負(fù)極材料的預(yù)鈉化處理，解決了鈉離子電池負(fù)極材料的低首效問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供了一種鈉離子電池負(fù)極材料的制備方法，所述制備方法包括：

3、將木質(zhì)素磺酸鈉和負(fù)載材料進(jìn)行溶解，得到混合溶液；

4、將所述混合溶液進(jìn)行噴霧干燥，得到微球顆粒；

5、在惰性氣氛下，將所述微球顆粒置于回轉(zhuǎn)爐中加熱，以使所述木質(zhì)素磺酸鈉和負(fù)載材料碳化，同時(shí)所述木質(zhì)素磺酸鈉分解，從而得到預(yù)鈉化內(nèi)核；

6、在所述回轉(zhuǎn)爐中，通過(guò)化學(xué)氣相沉積對(duì)所述預(yù)鈉化內(nèi)核進(jìn)行包覆，得到鈉離子電池負(fù)極材料。

7、優(yōu)選的，所述溶解的溶劑為水、乙醇、甲苯、二甲苯、n-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、乙腈或四氫呋喃中的一種或多種。

8、優(yōu)選的，所述溶解的溶質(zhì)與溶劑的質(zhì)量比為1:10-1:2；其中，所述木質(zhì)素磺酸鈉與所述負(fù)載材料的質(zhì)量比為1:8-10:1。

9、優(yōu)選的，所述負(fù)載材料為淀粉、樹脂類、糖類、聚乙烯吡咯烷酮、瀝青、羧甲基纖維素、聚多巴胺、單寧酸、聚乙二醇、聚丙烯腈或聚丙烯酸中的任一種或多種。

10、優(yōu)選的，所述噴霧干燥的進(jìn)風(fēng)口溫度為80℃-300℃，出風(fēng)口溫度為50℃-200℃。

11、優(yōu)選的，所述加熱的溫度為700℃-1300℃，所述加熱的時(shí)間為1小時(shí)-12小時(shí)。

12、優(yōu)選的，所述化學(xué)氣相沉積的溫度為400℃-1000℃，時(shí)間為1小時(shí)-12小時(shí)。

13、第二方面，本發(fā)明提供了一種鈉離子電池負(fù)極材料，其特征在于，所述鈉離子電池負(fù)極材料由上述第一方面任一所述的制備方法制備而成。

14、第三方面，本發(fā)明提供了一種負(fù)極極片，所述負(fù)極極片包括上述第二方面所述的鈉離子電池負(fù)極材料。

15、第四方面，本發(fā)明提供了一種鈉離子電池，所述鈉離子電池包括上述第三方面所述的負(fù)極極片。

16、本發(fā)明實(shí)施例提供的鈉離子電池負(fù)極材料的制備方法，該制備方法通過(guò)噴霧干燥、高溫分解和碳化、化學(xué)氣相沉積等過(guò)程，達(dá)到了預(yù)鈉化的效果，其中，高溫分解和碳化以及化學(xué)氣相沉積均在回轉(zhuǎn)爐中進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了制備工藝的連續(xù)性，簡(jiǎn)化了工藝流程，有利于規(guī)模化生產(chǎn)。碳化過(guò)程可使負(fù)載材料和木質(zhì)素磺酸鈉形成孔隙結(jié)構(gòu)，分解的過(guò)程可以將木質(zhì)素磺酸鈉的灰分成分轉(zhuǎn)化為預(yù)鈉成分，在孔隙內(nèi)生成活性較高的na2o或na或na2o2，形成了預(yù)鈉化內(nèi)核。這樣可以補(bǔ)充鈉離子，增加電池體系內(nèi)的含鈉量，減少對(duì)電解液的消耗，彌補(bǔ)固體電解質(zhì)界面膜的形成過(guò)程對(duì)鈉離子的消耗。通過(guò)化學(xué)氣相沉積對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行閉孔處理，保護(hù)孔隙內(nèi)的高活性na2o或na或na2o2，增強(qiáng)了預(yù)鈉效果，同時(shí)降低比表面積，減少se?i膜的生成，改善了材料的首效問(wèn)題。

技術(shù)特征：

1.一種鈉離子電池負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述溶解的溶劑為水、乙醇、甲苯、二甲苯、n-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、乙腈或四氫呋喃中的一種或多種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述溶解的溶質(zhì)與溶劑的質(zhì)量比為1:10-1:2；其中，所述木質(zhì)素磺酸鈉與所述負(fù)載材料的質(zhì)量比為1:8-10:1。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述負(fù)載材料為淀粉、樹脂類、糖類、聚乙烯吡咯烷酮、瀝青、羧甲基纖維素、聚多巴胺、單寧酸、聚乙二醇、聚丙烯腈或聚丙烯酸中的任一種或多種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述噴霧干燥的進(jìn)風(fēng)口溫度為80℃-300℃，出風(fēng)口溫度為50℃-200℃。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述加熱的溫度為700℃-1300℃，所述加熱的時(shí)間為1小時(shí)-12小時(shí)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述化學(xué)氣相沉積的溫度為400℃-1000℃，時(shí)間為1小時(shí)-12小時(shí)。

8.一種鈉離子電池負(fù)極材料，其特征在于，所述鈉離子電池負(fù)極材料由上述權(quán)利要求1-7任一所述的制備方法制備而成。

9.一種負(fù)極極片，其特征在于，所述負(fù)極極片包括權(quán)利要求8所述的鈉離子電池負(fù)極材料。

10.一種鈉離子電池，其特征在于，所述鈉離子電池包括權(quán)利要求9所述的負(fù)極極片。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明實(shí)施例涉及一種鈉離子電池負(fù)極材料及其制備方法和應(yīng)用，該制備方法包括：將木質(zhì)素磺酸鈉和負(fù)載材料進(jìn)行溶解，得到混合溶液；將混合溶液進(jìn)行噴霧干燥，得到微球顆粒；在惰性氣氛下，將微球顆粒置于回轉(zhuǎn)爐中加熱，以使木質(zhì)素磺酸鈉和負(fù)載材料碳化，同時(shí)木質(zhì)素磺酸鈉分解，從而得到預(yù)鈉化內(nèi)核；在回轉(zhuǎn)爐中，通過(guò)化學(xué)氣相沉積對(duì)預(yù)鈉化內(nèi)核進(jìn)行包覆，得到鈉離子電池負(fù)極材料。本發(fā)明的制備方法，工藝簡(jiǎn)單，通過(guò)對(duì)負(fù)極材料進(jìn)行預(yù)鈉化處理，解決了鈉離子電池負(fù)極材料首效低的問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：李鑫,楊偉,朱瑞金,劉柏男,陸浩,羅飛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：溧陽(yáng)天目先導(dǎo)電池材料科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28