[发明专利]一种利用浒苔制备的钠金属负极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种利用浒苔制备的钠金属负极及其制备方法，将浒苔经过清洗、烘干后，倒入处理液中去除木质素，得到不含木质素的浒苔胶体；对浒苔胶体进行离心，再进行冻干得到浒苔凝胶；浒苔凝胶高温碳化得到浒苔生物质碳；将浒苔生物质碳与碳纳米管分散在乙醇中，抽滤后砸成薄片得到自支撑碳集流体；以自支撑碳集流体为正极，金属钠为负极，置于含钠盐的电解液中，通过电沉积的方式把金属钠沉积到三维自支撑碳骨架上得到钠金属复合负极。本发明通过将钠金属沉积在自支撑的三维碳骨架上，利用碳骨架表面的含氧亲钠官能团，使钠离子的分布更加均匀，进而可以防止钠枝晶的产生；可以提高电池的电流密度、面容量以及循环寿命。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，具体涉及一种利用浒苔制备的钠金属负极及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有高比能、高电压、高效率、无自放电、无记忆效应等诸多优点，因而近年来得到了广泛的研究和应用，但是锂在地球上丰度较低，金属钠作为仅次于锂的第二轻碱金属元素，丰度高达2.3％-2.8％，比锂高4-5个数量级。从这个角度来说，将钠应用于储能技术领域，具有商业化和可持续利用的巨大潜力和优势。钠离子电池由于其成本优势，可以被应用在大型储能设备上，因而近年来受到了研究者的广泛关注。在众多钠电池的候选负极中，金属钠因其低的氧化还原电位(E_Na+/Na＝-2.71V)和较高的理论比容量(1165mAhg^-1)而脱颖而出。因此，许多研究者将目光聚焦在钠金属电池上。然而，像锂金属电池一样，钠金属电池同样存在枝晶问题。空间电荷的不均匀分布诱导了钠枝晶的形成和生长。在循环过程中，由于枝晶生长和金属钠的尺寸变化，SEI层被破坏。此外由于SEI层的修复，消耗了大量的新鲜金属钠和电解液，对于固液界面的稳定极为不利，进而降低电池的循环寿命。更严重的是，在可充电电池系统中，枝晶很容易穿透隔膜并引起短路，导致燃烧或爆炸。因此，减小尺寸变化，抑制钠枝晶的形成是钠金属实际应用的关键。Superior Sodium MetalAnodes Enabled by Sodiophilic Carbonized Coconut Framework with 3D TubularStructure(Tianjiao Li，Adv.Energy Mater.2021,11,2003699)一文公开了对椰子壳进行处理做钠金属负极，但钠金属负极的性能仍有待提高，需通过提高电流密度、面容量进而提高电池的能量密度。

发明内容

针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种利用浒苔制备的钠金属负极及其制备方法。本发明通过将钠金属沉积在自支撑的三维碳骨架上，利用碳骨架表面的含氧亲钠官能团，使钠离子的分布更加均匀，进而可以防止钠枝晶的产生。同时利用三维碳骨架的管道结构缓解金属钠在充放电过程中的体积变化，稳定固态电解质界面。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面，提供浒苔在制备钠金属负极中的用途。

本发明的第二方面，提供利用浒苔制备钠金属负极的方法，包括以下步骤：

(1)浒苔经过清洗、烘干后，倒入处理液中去除木质素，得到不含木质素的浒苔胶体；对浒苔胶体进行离心，再进行冻干得到浒苔凝胶；浒苔凝胶高温碳化得到浒苔生物质碳；

(2)将步骤(1)得到的浒苔生物质碳与碳纳米管分散在乙醇中，抽滤后砸成薄片得到自支撑碳集流体；

(3)以步骤(2)得到的自支撑碳集流体为正极，金属钠为负极，置于含钠盐的电解液，通过电沉积的方式把金属钠沉积到三维自支撑碳骨架上得到钠金属负极。

优选的，步骤(1)中，所述处理液选自氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液以及次氯酸钠溶液中的一种或多种；所述处理液的浓度为0.1-3mol/L。

优选的，步骤(1)中，所述离心的转速为5000-9000r/min，离心的时间为5-30min。