[发明专利]一种钠金属负极沉积基质及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及钠离子电池技术领域，具体涉及一种钠金属负极沉积基质及其制备方法和应用；所述钠金属负极沉积基质的制备方法包括以下步骤：先制备多孔石墨烯，然后通过刮涂法或擀压法制备钠金属沉积基质。本发明提供的钠金属负极沉积基质为以多孔石墨烯为基础的沉积基质，该沉积基质具有大的比表面积，可以有效减小局部电流密度，均匀化钠离子流，并且具有丰富的含氧官能团，可以增加表面“亲钠性”，从而引导钠的均匀成核和沉积，有效抑制钠枝晶的形成，在半电池和对称电池的测试中表现出优异的性能。

技术领域

本发明涉及钠离子电池技术领域，具体涉及一种钠金属负极沉积基质及其制备方法和应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着移动电子设备对高能量密度储能装置的需求不断增长，金属负极得到了迅速的发展。钠金属负极在低电极电位下具有1166mA h g^-1的高理论比容量，此外，钠金属负极是构建钠/氧电池、钠/硫电池等新兴高能密度电池不可缺少的材料。然而，由于金属钠固有的活性，钠金属负极遭受不稳定的固体电解质界面膜和钠枝晶的形成，导致低库仑效率、无限体积变化和不均匀的钠沉积、循环稳定性差等问题，严重阻碍了该材料的实际应用。因此，构建均匀稳定的固体电解质界面膜，均匀化钠离子流，抑制钠枝晶的生长，对于实现稳定的钠金属负极至关重要。

为了解决钠金属负极存在的问题，现有技术中采取了多种实现长循环寿命钠金属负极的策略：(1)通过优化电解液配方和构建人工界面层在钠表面形成人工固体电解质界面膜，有效地缓解了钠枝晶的生长。(2)将集流体(铝箔、铜箔)做成多孔结构，可以缓解体积变化和抑制枝晶生长。(3)将金属通过熔融的方式限制在三维基体中，可以提高钠金属负极的稳定性。然而，发明人发现，这些方法使钠负极在大电流密度下稳定性较差，或者制备条件苛刻。此外，理论计算表明含氧基团与钠具有更强的结合能，可以有效地吸引钠，引导钠的均匀成核。因此，设计“亲钠性”沉积基质，在钠枝晶形成的初始阶段，调控钠的成核和生长，并采用便利的方式抑制钠枝晶的形成，提高钠金属负极的循环稳定性，对实现稳定的钠金属负极具有重要的意义。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种钠金属负极沉积基质及其制备方法和应用，本发明提供的钠金属负极沉积基质为以多孔石墨烯为基础的沉积基质，该沉积基质具有大的比表面积，可以有效减小局部电流密度，均匀化钠离子流，并且具有丰富的含氧官能团，可以增加表面“亲钠性”，从而引导钠的均匀成核和沉积，有效抑制钠枝晶的形成，在半电池和对称电池的测试中表现出优异的性能。

本发明的目的之一是提供一种钠金属负极沉积基质的制备方法，包括以下步骤：先制备多孔石墨烯，然后通过刮涂法或擀压法制备钠金属沉积基质。

所述刮涂法的步骤为：将多孔石墨烯粉末和海藻酸钠按照一定比例混合，加适量水研磨成浆料，然后用刮刀刮涂在铜箔上，烘干后切成圆片，即得到钠金属沉积基质；

所述擀压法的步骤为：将新鲜的金属钠在充满氩气的手套箱内切成小块，并擀压成一个扁平的薄片，然后分批次加入多孔石墨烯粉末，反复折叠和擀压至多孔石墨烯/钠复合材料的颜色均匀一致，使多孔石墨烯均匀地分散在钠中；将混合均匀的上述材料擀压至厚度均匀一致，切成圆片，即得到钠金属沉积基质。

本发明的目的之二是提供一种上述方法制备得到的钠金属负极沉积基质。

本发明的目的之三是提供一种钠金属负极沉积基质在钠离子电池中的应用。

本发明的目的之四是提供一种钠离子对称电池，以上述的钠金属负极沉积基质作为正负极组装成对称电池。

本发明的目的之五是提供一种钠离子全电池，以上述的钠金属负极沉积基质作为负极，以石墨烯复合磷酸钒钠作为正极。