一种镁改性钠金属负极材料及其制备方法和在钠金属电池中的应用

技术领域

本发明属于钠电池技术领域，特别涉及一种镁改性钠金属负极材料及其制备方法和在钠金属电池中的应用。

背景技术

钠金属是钠电池中理论比容量（1165 mAh g

在电解液中添加功能性添加剂（例如Mg

发明内容

为了克服以上技术问题，本发明的目的在于提供一种镁改性钠金属负极材料及其制备方法和在钠金属电池中的应用，该方法合成速度快、易于控制改性表面的厚度、表面处理均匀；所制备得到的镁保护层附着的钠金属负极材料，保护层附着力高、界面更稳定、钠扩散快、抑制钠枝晶的生成，能够提高钠金属电池的安全性及电化学性能如长循环寿命、库伦效率、倍率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种镁改性钠金属负极材料，将含有一定量的Mg

一种镁改性钠金属负极材料的制备方法，包括以下步骤；

将一定量的三氟甲磺酸镁（（CF

裁剪出直径9mm的金属钠圆片后，将三氟甲磺酸镁（（CF

优选的，所述Mg

优选的，所述Mg

优选的，所述金属钠圆片的直径为9 mm、12 mm、14 mm。

优选的，含有Mg

优选的，清洗界面改性后的钠圆片的溶液为四氢呋喃，电解液成分中的DEC的一种或几种。

优选的，所述干燥时间为12-48 h。

所述制备方法可以制备多种结构组成不同的界面保护层：调整使用的改性溶液中的离子，可以调控保护层中元素的组成进而调控保护层的特性。可制备Al-Na、Zn-Na、Sn-Na、Ag-Na、Au-Na等界面保护层。

所述镁改性钠金属负极材料用于钠金属电池，电解液为商用1M NaPF6溶于EC、DEC并添加5% FEC电解液，正极材料为磷酸矾钠。

所述镁改性钠金属负极材料用于汽车、电动车。

本发明的有益效果。

（1）反应制备的镁改性钠金属负极材料是通过简便的滴涂法，反应过程没有危险，制备过程快速，且容易通过调节工艺条件如滴加量、反应时间等控制界面保护层形貌、厚度，从而得到的改性负极材料具有界面可控性。

（2）本发明制备镁改性钠金属负极材料的方法能够进行拓展，合成多种结构组成不同的界面保护层附着的钠金属负极材料。

（3）本发明制备的镁改性的钠金属负极界面稳定，有效地提高了电池的安全性能和使用寿命。

（4）本发明制备的钠金属电池具有循环性优异，能量密度高和安全性好等优点。

附图说明

图1为本发明制备的镁改性钠金属负极材料X射线衍射图片。

图2为空白钠金属负极材料的扫描电子显微镜图片。

图3为空白钠金属负极材料的扫描电子显微镜放大图片。

图4为镁改性钠金属负极材料的扫描电子显微镜图片。

图5为镁改性钠金属负极材料的扫描电子显微镜放大图片。

图6为空白钠金属负极材料用于钠金属电池的循环测试图。

图7为本发明实施例1制备的镁改性钠金属负极材料用于钠金属电池的循环测试图。

实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

第一方面，本发明提供一种镁改性钠金属负极材料的其制备方法，具体为：将一定量的三氟甲磺酸镁（（CF

在一些实施例中，引入Mg

在一些实施例中，界面改性的Mg

在一些实施例中，钠圆片的直径为9 mm、12 mm、14 mm；

在一些实施例中，含有Mg

在一些实施例中，清洗界面改性后的钠圆片的溶液为四氢呋喃，电解液成分中的DEC的一种或几种；

在一些实施例中，干燥时间为12-48 h；

优点不同于浸泡方法制备的保护层厚度较厚且不易控制，滴涂法具有反应过程更快、保护层形成更均匀、更加有效和便捷的优势。通过滴涂法制备的镁改性钠金属负极材料的表面更加稳定、光滑，扩散势垒较低，抑制钠枝晶生成的同时能够提高电池的电化学性能。

第二方面，本发明提供界面改性的钠金属负极的制备方法，所述制备方法可以制备多种结构组成不同的界面保护层：调整使用的改性溶液中的离子，可以调控保护层中元素的组成进而调控保护层的特性。可制备Al-Na、Zn-Na、Sn-Na、Ag-Na、Au-Na等界面保护层。

在一些实施例中，引入Al

在一些实施例中，引入Zn

在一些实施例中，引入Sn

在一些实施例中，引入Ag

在一些实施例中，引入Au

第三个方面，提供一种钠金属电池负极材料，所述负极材料为上述镁改性的钠金属。

在一些实施例中，镁改性的钠金属负极材料为钠箔、钠片、钠块、钠粉、钠带、钠合金中的任意一种

第四方面，本发明提供一种高安全性的钠金属电池，其负极材料为镁改性的钠金属，正极材料为磷酸矾钠，电解液的选择：

在一些实施例中，为1M NaPF

在一些实施例中，为1M NaPF6溶于EC、DMC。

在一些实施例中，为1M NaPF6溶于EC、DMC、EMC。

在一些实施例中，为1M NaPF6溶于EC、DEC并添加5% FEC。

第五方面，本发明提供所述镁改性的钠金属在汽车、电动车中的应用。

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步说明。

本发明的具体实施例中，提供了正极极片的应用。其中其制备方法为将磷酸矾钠、炭黑、PVDF（3%）以8:1:1的比例混合后，在瓶子中进行充分的搅拌，随后将浆料均匀的涂覆到铝箔上，转入烘箱中80度烘干过夜后裁片得到最终的正极极片。

实施例

将一定量的三氟甲磺酸镁（（CF

将上述合成镁改性的钠金属圆片与1M NaPF6溶于EC、DEC并添加5% FEC电解液组装成2032型扣式电池。

实施例

将一定量的三氟甲磺酸镁（（CF

将上述合成镁改性的钠金属圆片与电解液组装成2032型扣式电池。

实施例

将一定量的三氟甲磺酸镁（（CF

将上述合成镁改性的钠金属圆片与电解液组装成2032型扣式电池。

实施例

将一定量的三氟甲磺酸镁（（CF

将上述合成镁改性的钠金属圆片与电解液组装成2032型扣式电池。

实施例

将一定量的三氟甲磺酸镁（（CF

将上述合成镁改性的钠金属圆片电解液组装成2032型扣式电池。

实施例

将一定量的三氟甲磺酸镁（（CF

将上述合成镁改性的钠金属圆片与电解液组装成2032型扣式电池。

实施例

将一定量的三氟甲磺酸镁（（CF

将上述合成镁改性的钠金属圆片与1M NaPF6溶于EC、DEC并添加5% FEC电解液组装成2032型扣式电池。改性的对称电池性能如图7所示，与使用空白钠金属圆片的对称电池性能（图6）相比，改性的电池的电压更加的稳定，具有更小的电压滞后。说明界面改性的方法不仅能提高电池的安全性能，同样可以提高电池的电化学性能。

实施例

将一定量的三氟甲磺酸镁（（CF

将上述合成镁改性的钠金属圆片与1M NaPF6溶于EC、DEC电解液组装成2032型扣式电池。

实施例

将一定量的三氟甲磺酸镁（（CF

将上述合成镁改性的钠金属圆片与1M NaPF6溶于EC、DMC电解液组装成2032型扣式电池。

实施例

将一定量的三氟甲磺酸镁（（CF

将上述合成镁改性的钠金属圆片与1M NaPF6溶于EC、DMC、EMC电解液组装成2032型扣式电池。

实施例

将一定量的氯化镁（MgCl

将上述合成镁改性的钠金属圆片与1M NaPF6溶于EC、DEC并添加5% FEC电解液组装成2032型扣式电池。

实施例

将一定量的硫酸镁（MgSO

将上述合成镁改性的钠金属圆片与1M NaPF6溶于EC、DEC并添加5% FEC电解液组装成2032型扣式电池。

实施例

将一定量的三氟甲磺酸锌（（CF

将上述合成锌改性的钠金属圆片与1M NaPF6溶于EC、DEC并添加5% FEC电解液组装成2032型扣式电池。

实施例

将一定量的三氟甲磺酸铝（（CF

将上述合成铝改性的钠金属圆片与1M NaPF6溶于EC、DEC并添加5% FEC电解液组装成2032型扣式电池。

实施例

将一定量的三氟甲磺酸锡（（CF

将上述合成锡改性的钠金属圆片与1M NaPF6溶于EC、DEC并添加5% FEC电解液组装成2032型扣式电池。

实施例

将一定量的三氟甲磺酸银（CF

将上述合成银改性的钠金属圆片与1M NaPF6溶于EC、DEC并添加5% FEC电解液组装成2032型扣式电池。

实施例

将一定量的三氟甲磺酸银（（CF

将上述合成金改性的钠金属圆片与1M NaPF6溶于EC、DEC并添加5% FEC电解液组装成2032型扣式电池。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。