负极集流体及其制备方法、钠二次电池、用电设备与流程

本申请涉及电池领域，具体地，涉及负极集流体及其制备方法、钠二次电池、用电设备。

背景技术：

1、由于钠资源丰富，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较小，远低于锂离子电池。由于金属钠的理论比容量较高，采用金属钠作为负极是提高能量密度的有效方案。无负极钠电在首次充放电时，会在负极集流体上沉积形成金属钠，沉积过程中，钠沉积不均匀，容易在负极集流体表面无序生长钠枝晶，增加破坏电解质界面膜的风险，降低电池的循环寿命。

技术实现思路

1、本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、本申请的第一方面提供了一种负极集流体，所述负极集流体包括基材；功能层，所述功能层设置在所述基材的至少一侧，所述功能层包括多功能添加剂，所述多功能添加剂包括naxmny*zh2o，其中，m包括可与na形成合金的原子，n包括o原子、s原子、se原子中的至少一种，0<x≤5，0<y≤5，0≤z≤5。由此，多功能添加剂同时具有亲钠、补钠和储钠能力，可以降低钠沉积的形核过电位，提高钠沉积的均匀性，当正负极之间可逆存储的钠离子总量减少时，多功能添加剂可以发挥补钠效果，提高电池的库伦效率和循环寿命，多功能添加剂还可以存储钠离子，发挥储钠作用，提高电池的比容量。

3、可选的，m包括sn原子、sb原子、bi原子、zn原子中的至少一种，n包括o原子、s原子、se原子中的至少一种。

4、可选的，m包括sn原子，n包括o原子、s原子中的至少一种。由此，进一步提高负极集流体的亲钠、补钠和储钠的能力，提高电池的库伦效率、循环寿命和比容量。

5、可选的，所述多功能添加剂包括na2sno3*3h2o、na2zno2、na3sbs4、nabio3中的至少一种。由此，上述种类的多功能添加剂结构稳定，且同时具有亲钠、补钠和储钠能力，可以提高电池的库伦效率、循环寿命和比容量。

6、可选的，基于所述功能层的总质量，所述多功能添加剂的质量占比为1%-10%。由此，提高多功能添加剂在功能层的质量占比，在功能层上形成更多的亲钠、补钠和储钠位点，进一步提高功能层各个区域的亲钠、补钠和储钠能力，提高负极集流体各个区域钠沉积的均匀性，提高电池的库伦效率、循环寿命和比容量。

7、可选的，所述功能层的厚度为0.5μm-10μm。由此，增加负极集流体上补钠、亲钠和储钠位点，提高多功能添加剂的补钠、亲钠以及储钠效果，提高电池的库伦效率、循环寿命和比容量。

8、可选的，所述功能层还包括碳主材和粘结剂中的至少一种。由此，碳主材可以为多功能添加剂提供均匀、稳定的负载位点，以在功能层上形成均匀分布的多功能添加剂，进一步提高功能层各个区域钠沉积的均匀性，提高功能层与基材之间的粘结力，降低功能层发生脱落的风险。

9、可选的，所述负极集流体满足以下条件的至少之一：基于所述功能层的总质量，所述碳主材的质量占比为60%-90%；基于所述功能层的总质量，所述粘结剂的质量占比为5%-30%。由此，碳主材为多功能添加剂提供稳定的负载位点，通过使碳主材含量在上述范围，可在功能层上形成更多的双功能添加剂的负载位点，通过使粘结剂的含量在上述范围，可进一步提高功能层与基材之间的粘结力，降低功能层发生脱落的风险。

10、可选的，所述负极集流体满足以下条件的至少之一：所述碳主材包括炭黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯中的至少一种；所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚酰亚胺、羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、聚丙烯酸钠、海藻酸钠、聚四氟乙烯、聚乙烯醇中的至少一种。

11、本申请第二方面提供了一种制备本申请第一方面的负极集流体的方法，包括在所述基材的至少一侧形成功能层，所述功能层包括多功能添加剂，所述多功能添加剂包括naxmny*zh2o，其中，m包括可与na形成合金的原子，n包括o原子、s原子、se原子中的至少一种，0<x≤5，0<y≤5，0≤z≤5。由此，该方法制备的负极集流体上具有多功能添加剂，多功能添加剂同时具有亲钠、补钠和储钠能力，可以降低钠沉积的形核过电位，提高钠沉积的均匀性，当正负极之间可逆存储的钠离子总量减少时，多功能添加剂可以发挥补钠效果，提高电池的库伦效率和循环寿命，多功能添加剂还可以存储钠离子，发挥储钠作用，提高电池的比容量。

12、可选的，所述方法还包括：将碳主材、多功能添加剂和第一溶剂混合，干燥，然后进行热处理，以得到混合物；将所述混合物、粘结剂和第二溶剂混合形成浆料，将所述浆料形成在所述基材的至少一侧，干燥，以形成所述功能层。由此，提高多功能添加剂在碳主材中的附着力，提高多功能添加剂与碳主材混合的均匀性，提高功能层各个区域钠沉积的均匀性。

13、可选的，所述热处理的温度为100℃-800℃。由此，通过使热处理的温度在上述范围，可以提高多功能添加剂和碳主材之间附着力的强度，降低多功能添加剂脱落的风险。

14、本申请第三方面提供了一种钠二次电池，包括本申请第一方面提供的负极集流体或本申请第二方面提供的方法制备的负极集流体，所述钠二次电池在首次充放电后在所述功能层远离所述基材的一侧沉积形成金属钠。由此，可以提高钠二次电池的库伦效率、循环寿命和比容量。

15、本申请第四方面提供了一种用电设备，包括本申请第三方面提供的钠二次电池。

技术特征：

1.一种负极集流体，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的负极集流体，其特征在于，m包括sn原子、sb原子、bi原子、zn原子中的至少一种，n包括o原子、s原子、se原子中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的负极集流体，其特征在于，m包括sn原子，n包括o原子、s原子中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的负极集流体，其特征在于，所述多功能添加剂包括na2sno3*3h2o、na2zno2、na3sbs4、nabio3中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的负极集流体，其特征在于，基于所述功能层的总质量，所述多功能添加剂的质量占比为1%-10%。

6.根据权利要求1-5任一项所述负极集流体，其特征在于，所述功能层的厚度为0.5μm-10μm。

7.根据权利要求6所述的负极集流体，其特征在于，所述功能层还包括碳主材和粘结剂中的至少一种。

8.根据权利要求7所述负极集流体，其特征在于，满足以下条件的至少之一：

9.根据权利要求8所述负极集流体，其特征在于，满足以下条件的至少之一：

10.一种制备权利要求1-9任一项所述的负极集流体的方法，其特征在于，包括：

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，将碳主材、多功能添加剂和第一溶剂混合，干燥，然后进行热处理，以得到混合物；

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述热处理的温度为100℃-800℃。

13.一种钠二次电池，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的负极集流体或权利要求10-12任一项所述的方法制备的负极集流体，所述钠二次电池在首次充放电后在所述功能层远离所述基材的一侧沉积形成金属钠。

14.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求13所述的钠二次电池。

技术总结
本申请提出了负极集流体及其制备方法、钠二次电池、用电设备，所述负极集流体包括基材；功能层，所述功能层设置在所述基材的至少一侧，所述功能层包括多功能添加剂，所述多功能添加剂包括Na<subgt;x</subgt;MN<subgt;y</subgt;*zH<subgt;2</subgt;O，其中，M包括可与Na形成合金的原子，N包括O原子、S原子、Se原子中的至少一种，0<x≤5，0<y≤5，0≤z≤5。由此，多功能添加剂具有亲钠、补钠和储钠能力，可以降低钠沉积的形核过电位，提高钠沉积的均匀性，当正负极之间可逆存储的钠离子总量减少时，多功能添加剂可以发挥补钠效果，提高电池的库伦效率和循环寿命，多功能添加剂还可以存储钠离子，发挥储钠作用，提高电池的比容量。

技术研发人员：陈孔耀,王铈汶,屈仁杰,黄耿鸿,张星,张杰
受保护的技术使用者：深圳海辰储能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21