[发明专利]预钠化石墨烯负极极片及其制备方法和钠离子电池

说明书

本申请提供一种预钠化石墨烯负极极片的制备方法、预钠化石墨烯负极极片和钠离子电池，所述制备方法包括以下步骤：将多环芳烃和成膜添加剂溶解在非质子极性溶剂中，再加入过量的金属钠使所述多环芳烃反应完全生成多环芳烃钠，制得溶液；将所述石墨烯负极极片在所述溶液中浸泡5s‑3min。本申请通过多环芳烃钠和成膜添加剂的复合作用，在石墨烯负极极片上预形成一层电子绝缘、离子导电和不溶性的表面SEI膜，和电池循环产生的SEI膜可以协同工作，更好地保护钠离子电池的负极，并提升钠离子电池的各项性能。本申请通过化学法对石墨烯负极极片预钠化并预形成SEI膜，所述方法简单安全，易于实施且不易产生副产物。

技术领域

本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种预钠化石墨烯负极极片的制备方法、采用该制备方法制得的预钠化石墨烯负极极片及应用该负极极片的钠离子电池。

背景技术

由于钠资源的丰富，钠离子电池已成为锂离子电池的一种很有前途的替代品，特别是在未来的大规模储能系统中。

碳具有高导电性、可控的微观结构和表面化学性质，是制备钠离子电池的优良负极。由于较低的离子扩散速率和有限的钠储存位置，低比表面积无序碳往往表现出较差的速率能力和较低的可逆容量。而还原氧化石墨烯等高比表面积碳具有丰富的钠存储活性位点和增强离子扩散的二维结构，因此受到了广泛的研究。然而，还原氧化石墨烯通常由于不可避免的电解液分解和其它副反应表现出较低的初始库仑效率。

通过优化电解液调节SEI(Solid Electrolyte Interface，固态电解质界面膜)组分或者通过调节碳化温度来调整缺陷结构，都可以起到提高首次库伦效率的作用，但是效果有限。因此，研究人员提出了多种预钠化方法来提高首次库伦效率，包括加入金属钠、加入钠盐等牺牲盐和电化学方法等。然而，直接加入高度易燃易爆的金属钠会引起严重的安全隐患；加入Na₃N(氮化钠)、Na₃P(磷化钠)等牺牲盐又容易产生不需要的副产物；而电化学方法则需要拆卸电池，流程复杂且不易实施。

发明内容

有鉴于此，有必要提出一种预钠化石墨烯负极极片的制备方法以解决现有技术的预钠化方法具有安全隐患、易生成副产物和操作复杂不易实施的问题。

另，还有必要提出一种预钠化石墨烯负极极片及钠离子电池。

本申请一实施方式提供一种预钠化石墨烯负极极片的制备方法，其包括以下步骤：

制备石墨烯负极极片；

将多环芳烃和成膜添加剂溶解在非质子极性溶剂中，再加入过量的金属钠使所述多环芳烃反应完全生成多环芳烃钠，制得溶液；

将所述石墨烯负极极片在所述溶液中浸泡5s-3min；

采用所述非质子极性溶剂对浸泡过所述溶液的所述石墨烯负极极片进行多次洗涤，得到所述预钠化石墨烯负极极片。

一种实施方式中，所述多环芳烃包括联苯、联多苯、多苯代脂肪烃和稠环芳烃中的一种或多种。

一种实施方式中，所述成膜添加剂包括具有氟基的环状碳酸酯和具有氟基的链状碳酸酯。

一种实施方式中，所述成膜添加剂包括氟代碳酸亚乙酯、二氟代碳酸亚乙酯和碳酸氟甲基酯中的一种或多种。

一种实施方式中，所述非质子极性溶剂包括二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、丙酮、四氢呋喃和二甲醚中的一种或多种。

一种实施方式中，所述多环芳烃钠的浓度为0.05-3mol/L，所述成膜添加剂的浓度为0.05-1mol/L。

一种实施方式中，制备石墨烯负极极片包括如下步骤：

将还原氧化石墨烯、柯琴黑和聚偏氟乙烯按重量份80份、10份和10份混合，溶于甲基吡咯烷酮中，得到负极活性物质浆料；