钠离子电池负极片及其制备方法和应用、钠离子电池与流程

本发明涉及电池，尤其是涉及一种钠离子电池负极片及其制备方法和应用、钠离子电池。

背景技术：

1、钠离子电池是以层状氧化物（如镍铁锰氧化物和铜铁锰氧化物为主）材料、普鲁士蓝类似物（如铁基普鲁士白等）材料、聚阴离子（如硫酸亚铁钠、磷酸铁钠等）作为正极，碳材料（如硬碳、软碳）作为负极的电池，主要以酯类和醚类作为溶剂，加入na+金属盐（如氟钠盐、硼钠盐和高氯酸盐等）电解质以及多种添加剂（如成膜类、阻燃类和过充保护类等），形成电解液。虽然钠离子电池具有低温性能好、成本低廉、安全性高和循环寿命较长等优点，但其能量密度与锂离子电池相比仍存在差距。因此，在保证电池安全性的前提下，提高钠离子电池的能量密度成为了较为棘手的难题。然而，在较高的能量密度下，钠枝晶的生长更为猛烈，存在电池急速的短路风险，这将严重阻碍钠离子电池的应用。其中，负极集流体作为电池中的关键部件，同时具有传导电子和承载负极材料的重要功能引起了科研工作者的兴趣。然而，目前对负极集流体的改性方法很有限、功能化和结构都研究极少。最为常见的改性仅仅为在铝箔表面涂敷sp（炭黑），虽提升了集流体的导电性和粘结性，但远远没有达到设计集流体的程度。

2、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种钠离子电池负极片，以解决上述问题。

2、本发明的第二目的在于提供上述钠离子电池负极片的制备方法。

3、本发明的第三目的在于提供上述钠离子电池负极片在制备钠离子电池中的应用。

4、本发明的第四目的在于提供一种钠离子电池。

5、为了实现以上目的，特采用以下技术方案：

6、第一方面，本发明提供了一种钠离子电池负极片，包括集流体和依次涂覆于所述集流体上的三维碳金属层和负极材料层；

7、所述三维碳金属层包括三维碳材料和负载于所述三维碳材料上的金属粒子；

8、所述三维碳材料主要由点型碳材料、线型碳材料和面型碳材料组成；

9、所述三维碳金属层负电荷改性。

10、作为进一步技术方案，所述三维碳材料与金属粒子的质量比为6:1-10:1。

11、作为进一步技术方案，所述点型碳材料包括炭黑、乙炔黑或活性炭颗粒；

12、所述线型碳材料包括碳纤维；

13、所述面型碳材料包括石墨；

14、所述点型碳材料、线型碳材料和面型碳材料的质量比为（4-6）：（2-3）：（1-2）。

15、作为进一步技术方案，所述金属粒子包括金、银、铜、铁、铝或锡的金属粒子或者合金粒子；

16、所述金属粒子的粒径为1-5μm。

17、作为进一步技术方案，所述负电荷改性为采用阴离子表面活性剂对三维碳材料和金属粒子进行处理。

18、作为进一步技术方案，所述集流体包括铝箔；

19、和/或，所述负极材料层包括硬碳层。

20、第二方面，本发明提供了上述钠离子电池负极片的制备方法，包括以下步骤：

21、将点型碳材料、线型碳材料、面型碳材料和金属粒子负电荷改性后与水混合配制成三维碳金属浆料，然后于集流体上依次涂覆三维碳金属浆料和负极材料，制备得到钠离子电池负极片。

22、第三方面，本发明提供了上述钠离子电池负极片在制备钠离子电池中的应用。

23、第四方面，本发明提供了一种钠离子电池，所述钠离子电池的负极片为上述钠离子电池负极片。

24、作为进一步技术方案，所述钠离子电池的正极片的正极材料包括磷酸铁钠、硫酸亚铁钠或焦磷酸铁钠。

25、与现有技术相比，本发明提供的钠离子电池负极片具有如下有益效果：

26、①利用碳材料和金属合金粒子构建电负性三维碳骨架@金属涂层材料，价格便宜，耐酸碱性，耐高低温，不溶于水和有机溶剂，理化性质稳定。

27、②用于正极材料为硫酸亚铁钠、焦磷酸铁钠或磷酸铁钠的钠离子电池，在电池充电时，na+和fe3+会趋于导电性更好且带负电荷的三维碳金属层表面沉积，这不仅防止了钠枝晶在负极表面的沉积，也防止铁及其化合物在负极表面的沉积（铁的沉积会阻碍钠离子的迁移）；此外，三维碳骨架和金属离子也为na+和fe3+提供了很多的沉积位点和空间，进而降低电池的产气量，提高电池的容量保持率。

技术特征：

1.一种钠离子电池负极片，其特征在于，包括集流体和依次涂覆于所述集流体上的三维碳金属层和负极材料层；

2.根据权利要求1所述的钠离子电池负极片，其特征在于，所述三维碳材料与金属粒子的质量比为6:1-10:1。

3.根据权利要求1所述的钠离子电池负极片，其特征在于，所述点型碳材料包括炭黑、乙炔黑或活性炭颗粒；

4.根据权利要求1所述的钠离子电池负极片，其特征在于，所述金属粒子包括金、银、铜、铁、铝或锡的金属粒子或者合金粒子；

5.根据权利要求1所述的钠离子电池负极片，其特征在于，所述负电荷改性为采用阴离子表面活性剂对三维碳材料和金属粒子进行处理。

6.根据权利要求5所述的钠离子电池负极片，其特征在于，所述集流体包括铝箔；

7.权利要求1-6任一项所述钠离子电池负极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.权利要求1-6任一项所述钠离子电池负极片在制备钠离子电池中的应用。

9.一种钠离子电池，其特征在于，所述钠离子电池的负极片为权利要求1-6任一项所述钠离子电池负极片。

10.根据权利要求9所述的钠离子电池，其特征在于，所述钠离子电池的正极片的正极材料包括磷酸铁钠、硫酸亚铁钠或焦磷酸铁钠。

技术总结本发明提供了一种钠离子电池负极片及其制备方法和应用、钠离子电池，涉及电池技术领域。本发明提供的钠离子电池负极片，包括集流体和依次涂覆于所述集流体上的三维碳金属层和负极材料层；三维碳金属层包括三维碳材料和负载于所述三维碳材料上的金属粒子；三维碳材料主要由点型碳材料、线型碳材料和面型碳材料组成；金属粒子包括铜粒子或铜合金粒子；三维碳金属层负电荷改性。技术研发人员：周世昊,李享,张伟清,杨庆亨受保护的技术使用者：江苏中兴派能电池有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25