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、在本申请的一个方面，提出了一种负极集流体，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，所述功能层包括改性碳材料，所述改性碳材料包括碳主材和双功能添加剂，所述双功能添加剂分散在所述碳主材中，所述双功能添加剂包括r1-r2-na，其中，r1包括烷基、氢原子、芳香基中的至少一种，r2包括羧基、羰基、氧原子中的至少一种。由此，双功能添加剂同时具有亲钠能力和补钠能力，可以降低钠沉积的形核过电位，提高钠沉积的均匀性，同时，可在正负极之间可逆存储的钠离子总量减少时，发挥补钠效果，提高电池的库伦效率和循环寿命。

3、可选的，r1包括1-3个碳原子的烷基，r2包括羧基或氧原子中的至少一种。由此，提高双功能添加剂在溶剂中的溶解效果，提高双功能添加剂的利用率，从而降低双功能添加剂的成本。

4、可选的，所述碳主材和所述双功能添加剂之间具有c-na离子键和c-o-c共价键中的至少一种。由此，碳主材和双功能添加剂之间具有较强的分子间作用力，可以提高双功能添加剂在碳主材中的附着力，降低充放电过程中双功能添加剂发生脱落风险。

5、可选的，所述功能层的厚度为0.2μm-10μm。由此，增加负极集流体上补钠、亲钠位点，提高双功能添加剂的补钠和亲钠效果，提高电池的库伦效率和循环寿命。

6、可选的，基于所述功能层的总质量，所述改性碳材料的质量占比为70%-99%。改性碳材料通过嵌入和吸附的方式储存钠离子，该预钠化行为有利于降低钠沉积的形核过电位，提高负极集流体的亲钠能力，提高补钠效果，进而提高电池的库伦效率和循环寿命。

7、可选的，所述改性碳材料中，所述碳主材的质量占比50%-98%，所述双功能添加剂的质量占比为2%-50%。由此，碳主材为双功能添加剂提供均匀稳定的负载位点，通过使碳主材和双功能添加剂的含量在上述范围，可在功能层上形成更多的双功能添加剂的负载位点，提高双功能添加剂在碳主材中附着力，同时提高双功能添加剂的亲钠和补钠效果，进而提高电池的库伦效率和循环寿命。

8、可选的，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。

9、可选的，所述双功能添加剂包括甲酸钠、乙酸钠、苯甲酸钠中的至少一种。由此，上述种类的双功能添加剂同时具有补钠和亲钠能力，从而提高钠沉积的均匀性，正负极之间可逆存储的钠离子总量减少时，可发挥补钠效果，进而提高电池的库伦效率和循环寿命。

10、可选的，所述功能层还包括粘结剂，基于所述功能层的总质量，所述粘结剂的质量占比为1%-30%。由此，提高功能层和基材之间的粘结力。

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：在基材的至少一侧形成功能层，所述功能层包括碳材料和双功能添加剂，所述功能层包括改性碳材料，所述改性碳材料包括碳主材和双功能添加剂，所述双功能添加剂分散在所述碳主材中，所述双功能添加剂包括r1-r2-na，其中，r1包括烷基、氢原子、芳香基中的至少一种，r2包括羧基、羰基、氧原子中的至少一种。由此，该方法可提高负极集流体的亲钠能力和补钠能力，从而提高负极集流体钠沉积的均匀性，降低产生钠枝晶的风险，同时，正负极之间可逆存储的钠离子总量减少时，还可以发挥补钠效果，进而提高电池的库伦效率和循环寿命。

12、可选的，形成所述功能层的方法包括：将所述碳主材和所述双功能添加剂混合，热处理，以获得改性碳材料；将所述改性碳材料与溶剂混合形成浆料，形成于所述基材的至少一侧，干燥，以获得所述功能层。由此，在碳主材和双功能添加剂之间形成较强的分子间作用力，提高双功能添加剂在碳主材中的附着力，降低充放电过程中双功能添加剂发生脱落的风险。

13、可选的，所述热处理的温度为50℃-250℃，所述热处理的时间为0.1h-24h。由此，通过热处理可以在碳主材和双功能添加剂之间形成c-na离子键和c-o-c共价键，提高双功能添加剂在碳主材中的附着力，降低双功能添加剂发生热分解的概率。

14、可选的，将所述改性碳材料、粘结剂和所述溶剂混合。由此，提高功能层和基材之间的粘结力。

15、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功能层远离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和循环寿命。

16、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，r1包括1-3个碳原子的烷基，r2包括羧基或氧原子中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的负极集流体，其特征在于，所述碳主材和所述双功能添加剂之间具有c-na离子键和c-o-c共价键中的至少一种。

4.根据权利要求1-3任一项所述的负极集流体，其特征在于，所述功能层的厚度为0.2μm-10μm。

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，所述改性碳材料的质量占比为70%-99%。

6.根据权利要求5所述的负极集流体，其特征在于，所述改性碳材料中，所述碳主材的质量占比为50%-98%，所述双功能添加剂的质量占比为2%-50%。

7.根据权利要求6所述的负极集流体，其特征在于，满足以下条件的至少之一：

8.根据权利要求5所述的负极集流体，其特征在于，所述功能层还包括粘结剂，基于所述功能层的总质量，所述粘结剂的质量占比为1%-30%。

9.一种制备权利要求1-8任一项所述的负极集流体的方法，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，形成所述功能层的方法包括：

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述热处理的温度为50℃-250℃，所述热处理的时间为0.1h-24h。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，将所述改性碳材料、粘结剂和所述溶剂混合。

13.一种钠二次电池，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的负极集流体或权利要求9-12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，所述功能层包括改性碳材料，所述改性碳材料包括碳主材和双功能添加剂，所述双功能添加剂分散在所述碳主材中，所述双功能添加剂包括R<subgt;1</subgt;‑R<subgt;2</subgt;‑Na，其中，R<subgt;1</subgt;包括烷基、氢原子、芳香基中的至少一种，R<subgt;2</subgt;包括羧基、羰基、氧原子中的至少一种。

技术研发人员：陈孔耀,屈仁杰,黄耿鸿,王铈汶,黄子宇
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