一种钠离子电池用多元合金负极的制备方法、电池及应用与流程

本发明属于钠离子金属负极电池，尤其是涉及一种钠离子电池用多元合金负极的制备方法、电池及应用。

背景技术：

1、由于锂离子电池其优异的能量密度与电性能，目前锂离子电池已成为较先进的电化学储能设备，然而锂资源的储量有限，成本较高，锂离子电池在相关领域的进一步大规模推广应用受到了限制，因此，寻找替代锂离子电池的新储能技术已引起研究者的极大关注。

2、目前钠金属负极具有较高的理论比容量(1166mahg﹣1)，对于碳基钠离子电池较低的能量密度有非常明显的优势，因此利用钠金属负极，与层状氧化物以及各类嵌插型正极材料所组成的二次钠金属电池具有较高的理论能量密度，是大规模量产化的钠离子电池体系中重要的组成部分。

3、同时，钠资源在我国储量丰富，不会同锂资源一般受外部因素影响制约，并且价格低廉，使得钠金属电池在成本方面较碳基钠离子电池据明显优势。然而，钠金属负极在充放电过程与循环过程中仍存在很多问题和挑战：

4、首先，钠具有比锂更高的反应活性，更高的能量势垒和更慢的反应动力，在使用过程中对环境有较大要求，并且与易电解液发生反应，降低电池的效率；其次，钠金属负极在电沉积过程中相比锂离子电池更容易产生枝晶，进而刺穿隔膜引发短路与安全问题；此外，钠金属电池在运行过程中会面临产气以及体积膨胀的问题，且较为常见。

5、基于上述的问题，本专利从钠金属合金负极界面改性以及表面钝化出发，改善钠金属电池中负极的循环稳定性与抗腐蚀性，抑制钠金属负极上不稳定的固体电解质膜sei与苔藓状na枝晶生长。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种钠离子电池用多元合金负极的制备方法、电池及应用，从钠金属合金负极界面改性以及表面钝化出发，改善钠金属电池中负极的循环稳定性与抗腐蚀性，抑制钠金属负极上不稳定的固体电解质膜sei与苔藓状na枝晶生长。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种钠离子电池用钠金硒锑四元合金负极的制备方法，包括以下步骤：

4、s1：为避免na氧化或与空气中的水发生剧烈反应，在干燥的氩气气氛下的手套箱内制备所需的na-x合金；

5、s2：将钠条放入加热台上加热，获得熔融态金属钠；

6、s3：分别取一定量其他金属块，置于高温坩埚中，放入马弗炉中加热，获得熔融状态三元金属；

7、s4：将提前制备好的钠钠熔液混合至其他金属块熔液中，不断搅拌使其混合均匀，获得四元合金的熔融混合物；

8、s5：将合金冷却至室温后采用辊压机对冷却至室温的合金进行物理辊压，通过调整辊面间距来控制合金箔的整体厚度。然后用裁剪机将预制的合金箔裁剪成所需直径的合金电极片；

9、s6：将制备好的合金片置于高温高压反应釜中，通入co2气体，获得表面钝化的合金片。

10、进一步地，所述钠金属为新鲜钠金属，需把表面煤油擦拭干净，用小刀切掉表面的氧化物和杂质，只保留有金属光泽的新鲜钠金属；

11、进一步地，所述钠金属加热温度为100℃；

12、进一步地，其他金属块包括au、se、sb中的一种或多种。

13、进一步地，所述na：au：se：sb＝7.7～8.3：1～1.2:0.2～0.4:0.3～0.7；

14、进一步地，所述加热温度为1100℃；

15、进一步地，所述合金箔的整体辊压厚度为0.1mm；

16、进一步地，所述合金片裁剪尺寸为14mm；

17、进一步地，所述高温高压为440℃、808mpa；

18、所述合金性钠金属负极材料用于钠金属电池，电解液为商用1m napf6溶于ec、dec并添加5％fec电解液，正极材料为镍铁锰酸钠，隔膜为玻璃纤维whatman 1825-037；

19、所述合金改性钠金属负极材料用于汽车、电动车、电动工具以及数码设备。

20、相对于现有技术，本发明所述的一种钠离子电池用多元合金负极的制备方法、电池及应用具有以下优势：

21、1、反应制备的钠合金负极材料是通过简便熔融法合成，制备过程快速，且容易通过调节工艺条件如反应时间、搅拌速度、辊压间距等控制界面保护层形貌、厚度，从而得到的改性负极材料具有界面可控性。

22、2、本发明采用熔融轧制工艺获得的na-x合金，表面电解质润湿能力强于纯钠电极表面。

23、3、本发明制备的钠合金负极材料的方法能够进行拓展，合成多种结构组成不同的界面保护层附着的钠合金负极材料。

24、4、本发明制备的钠合金负极界面稳定，有效地提高了电池的安全性能和使用寿命。

25、5、本发明制备的钠合金负极电池具有循环性优异，能量密度高和安全性好的优点。

技术特征：

1.一种钠离子电池用多元合金负极的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：将金属钠与其他金属熔融，搅拌混合，得到钠金属合金，冷却后对钠金属合金进行物理压辊，进行后处理得到负极极片。

2.根据权利要求1所述的一种钠离子电池用多元合金负极的制备方法，其特征在于：其他金属包括au、se、sb中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种钠离子电池用多元合金负极的制备方法，其特征在于：其他金属为au、se、sb。

4.根据权利要求3所述的一种钠离子电池用多元合金负极的制备方法，其特征在于：其中na：au：se：sb＝7.7～8.3：1～1.2:0.2～0.4:0.3～0.7。

5.根据权利要求1所述的一种钠离子电池用多元合金负极的制备方法，其特征在于：所述钠金属为新鲜钠金属，需把表面煤油擦拭干净，用小刀切掉表面的氧化物和杂质，只保留有金属光泽的新鲜钠金属。

6.根据权利要求1所述的一种钠离子电池用多元合金负极的制备方法，其特征在于：将金属钠和其他金属熔融还包括如下步骤：在保护气的环境下，将钠条熔融，得到熔融态金属钠，取一定量的其他金属加热熔融，得到其他金属熔融混合物，将熔融态金属钠加入其他金属熔融混合物，不断搅拌使其混合均匀。

7.根据权利要求6所述的一种钠离子电池用多元合金负极的制备方法，其特征在于：所述钠金属加热温度为100℃；

8.根据权利要求1所述的一种钠离子电池用多元合金负极的制备方法，其特征在于：后处理包括用裁剪机将预制的合金箔裁剪成所需直径的合金电极片；将制备好的合金片置于高温高压反应釜中，通入co2气体，获得表面钝化的合金片；

9.一种电池，其特征在于：使用权利要求1-8任一项所述的一种钠离子电池用多元合金负极的制备方法制备得到的负极。

10.权利要求9所述的一种电池应用于汽车、电动车、电动工具或数码设备中的任意一种。

技术总结
本发明提供了一种钠离子电池用多元合金负极的制备方法、电池及应用，包括如下步骤：将金属钠与其他金属熔融，搅拌混合，得到钠金属合金，冷却后对钠金属合金进行物理压辊，进行后处理得到负极极片。本发明有益效果：本发明制备的钠合金负极界面稳定，有效地提高了电池的安全性能和使用寿命。

技术研发人员：冯树南,罗朝晖
受保护的技术使用者：蓝京新能源（嘉兴）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27