一种具有高倍率性能的钠金属负极材料及其制备方法和应用

本发明属于钠金属电池的，尤其涉及一种具有倍率性能好、循环稳定的钠金属负极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前，随着全球化石能源的枯竭和碳排放量的增加，人们开始关注可再生能源的利用。例如，越来越多的国家正在推广使用新能源电动汽车，迄今为止，锂离子电池已成功投入实际使用。然而，近年来，锂资源的短缺和价格的飙升引发了人们对下一代储能技术的探索。锂资源仅占地壳的 0.002%，而钠的储量却高达 2.74%，是锂的 400 多倍。更重要的是，钠在海洋中分布广泛，几乎取之不尽，用之不竭。这使得钠金属电池（smbs）在原材料成本方面具有明显优势，有助于降低电池的总体成本。而金属钠负极由于其理论比容量高（1166 m ah g-1）、氧化还原电位低（与标准氢电极相比为-2.71 v）和丰富的钠资源而显示出更大的竞争力。

2、然而，钠金属负极仍面临钠枝晶生长、体积膨胀巨大和固体电解质界面（sei）膜脆弱等关键问题，这严重阻碍了其商业化应用。研究表明，在电极表面构建相对稳定人工sei，可以提高界面的机械强度，承受钠沉积/剥离过程中的巨大体积变化，同时保护金属钠免受电解质的腐蚀。此外，还可以降低电流密度并促进钠的均匀沉积/剥离,有效抑制钠枝晶的生长。但是人工sei随着循环的进行容易破裂逐渐失效，导致界面恶化，因此，难以维持长期稳定，仍会造成枝晶生长，循环稳定性下降。另一方面，受到传统平面电极有限界面的限制，其钠离子传输动力学较差，其难以实现极高倍率的沉积/剥离。

技术实现思路

1、针对钠金属负极循环寿命短、高倍率性能差的技术问题，本发明提出了一种钠金属负极材料及其制备方法和应用，所述的制备方法通过简单的滴加即可得到，解决了传统方法对生产设备的要求高、能耗高和成本高的问题。所述的钠金属负极材料具有高的倍率性能、长的循环稳定性和低的极化电压。

2、为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种钠金属负极材料，其制备具体方法如下：

4、（1）将金属粉末分散到溶剂中，配置成悬浊液；

5、（2）在惰性气氛中，将悬浊液均匀覆盖在钠金属表面；

6、（3）待溶剂完全挥发后，得到所述的钠金属负极材料。

7、其中，步骤（1）中的溶剂为四氢呋喃、丙酮、二乙醇二甲醚中的至少一种；金属粉末为sn、sb、bi、in、ga中的至少一种；悬浊液浓度为0.01-0.6 g/ml。

8、本发明的有益效果：

9、（1）本发明所述的钠金属负极材料比传统的平面电极具有更大的比表面积，结合金属粉末表面原位形成的亲钠合金提供了大量的成核位点，实现电极表面均匀的钠通量，保证了钠的均匀沉积/剥离，从而有效抑制钠枝晶生长，提高电极循环稳定性。其次，优异的电解质润湿性，能够有效降低界面电阻，加快了钠离子扩散动力学，同时大的电极表面可以显著增加交换电流密度，实现高倍率下的均匀钠沉积/剥离。此外本发明具有操作简单，对设备要求低，能耗小，制备流程短的特点；

10、（2）所制备的钠金属负极材料在170 ma cm-2的超高电流密度下能够稳定可逆的沉积/剥离，且极化电压不超过100 mv，在电流密度为10 ma cm-2，沉积剥离量为10 ma cm-2的条件下，可以稳定循环2500 h，这说明了所述的钠金属负极材料成功实现了高倍率性能和长稳定循环稳定性。

技术特征：

1.一种具有高倍率性能的钠金属负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的具有高倍率性能的钠金属负极材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）的溶剂为四氢呋喃、丙酮、二乙醇二甲醚中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的具有高倍率性能的钠金属负极材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）的金属粉末为sn、sb、bi、in、ga中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的具有高倍率性能的钠金属负极材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）的悬浊液浓度为0.01-0.6 g/ml。

5.一种具有高倍率性能的钠金属负极材料，其特征在于，由权利要求1-4中任一项所述方法制备得到。

6.一种二次电池负极极片，其特征在于，包含权利要求5所述的具有高倍率的钠金属负极材料。

7.一种二次电池，其特征在于，包含权利要求6所述的二次电池负极极片。

技术总结
本发明提出了一种具有高倍率性能的钠金属负极材料及其制备方法和应用，属于钠金属电池的技术领域，用以解决钠金属电极循环不稳定且倍率性能差的问题。本发明直接利用金属粉末均匀覆盖在钠金属表面，即可得到钠金属负极材料，所述的钠金属负极材料具有高倍率性能、低极化电压和长循环稳定性。本发明具有方法简便，易制备，能耗小，对设备要求低的特点。

技术研发人员：王莺莺,王中园,侯宝华
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5