【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種碳基儲鈉材料預處理的方法，以及得到的負極和鈉離子電池，屬于電化學儲能領域和新能源領域。
技術介紹
1、先進的鈉離子電池的發展有賴于高性能電極材料的構建，開發低成本、高性能的負極材料是關鍵環節。由于其儲量豐富、成本低、結構穩定和低鈉插入電壓平臺，硬碳、軟碳和石墨等碳基材料受到人們的廣泛關注，其中硬碳已成為一種具有商業前景的負極材料。理論和實驗證明，缺陷對碳負極的高可逆容量至關重要，硬碳有兩種主要類型的缺陷，本征缺陷和雜質缺陷。本征缺陷包括納米片上的空位、孔洞和邊緣，主要由懸空鍵和與其他結構分支的sp3雜化碳組成。五邊形、七邊形、八邊形以及它們與幾種非六邊形結構(如stonethrower?wales缺陷)的組合，導致石墨烯納米片彎曲，也即本征缺陷。雜質缺陷主要指不均勻原子，其中最常見的是含氧官能團，通常出現在空位和邊緣。硬碳負極中的缺陷在高容量鈉儲存中起著重要作用，然而，缺陷也存在一些不可忽視的負面影響，特別是陷阱效應和產生不可逆容量的固體電解質界面(sei)。因此，硬碳在首次充放電過程中缺陷的不可逆鈉化及固體電解質界面層(sei)的形成消耗了大量的活性鈉離子，從而降低了硬碳負極的首次庫倫效率(ice)和循環穩定性。
2、文獻carbon?2018,129,695-701中研究者使用氫氣降低硬碳的缺陷濃度，ice由65％提高至79％。文獻nano?energy?2019,64,103937報道了一種新的原位工程方法，通過控制熱解合成過程的氣氛來調節硬碳的殘余氧原子/缺陷，并揭示了ice與殘余氧原子/缺
3、研究者嘗試了使用補鈉劑替代金屬鈉，可以在短時間內完成對硬碳負極的預鈉化。根據中國專利技術專利文獻cn?109546134?a，為提升鈉離子電池負極的首周庫倫效率，該專利技術將鈉離子電池負極材料與芳基鈉溶液進行反應，制得的預鈉化硬碳負極材料相比于未進行預鈉化的負極首周庫倫效率從60.5％提升到了95.8％。文獻acsappl.mater.inter.2020,10,15751-15759中研究者研發了聯苯鈉負極補鈉劑替代鈉金屬，預鈉化后的鈉負極在20ma/g電流密度下，ice值從70％提高至99.9％。文獻adv.energy.mater.2023,13,2300776中研究者報道了一種nabh4補鈉劑熱分解預沉淀策略，nabh4的熱分解在硬碳表面產生金屬鈉來補償首次充放電過程中鈉的損失，預處理使硬碳的ice從83％提高到99％。雖然上述補鈉劑預鈉法能夠緩解硬碳負極首周庫倫效率低的問題，但此種策略仍然難以抑制電解液在碳表面的副分解反應，不利于鈉離子電池的長循環穩定性。同時，補鈉劑和有機溶劑在極片中的殘留問題也難以避免，其對電極電化學性能的影響尚待進一步研究。
技術實現思路
1、為了解決碳基材料中缺陷帶來的陷阱效應和產生不可逆容量的固體電解質界面所造成的首周庫倫效率低和循環穩定性較差的問題，本專利技術提供一種碳基儲鈉材料缺陷修復和穩定化策略，補充了缺陷處不可逆的鈉損失，同時碳基儲鈉材料本征缺陷處產生的準金屬鈉可以誘導碳基負極表面sei膜的形成。另一方面，通過多巴胺鹽在碳基負極表面的自聚合反應準確的植入羰基c＝o(羰基)鍵作為活性中心，可控制地催化鹽類的優先還原，并定向引導sei的生長，以形成均勻致密的sei，抑制了電解液在碳基負極表面的分解反應。得益于該缺陷修復和穩定化策略，處理后的碳基負極的首周庫倫效率得到了顯著提升，均勻致密的sei抑制了電解液在碳表面的副分解反應，從而實現長壽命鈉離子電池體系的實用化發展。
2、具體地，本專利技術提供了一種碳基儲鈉材料的缺陷修復與穩定化方法，將碳基儲鈉材料或含有碳基儲鈉材料的負極先與芳香酮鈉溶液進行一次反應，再與多巴胺鹽溶液進行二次反應，最后經洗滌和干燥，得到改性碳基儲鈉材料或改性含有碳基儲鈉材料的負極。
3、較佳的，所述含有碳基儲鈉材料制備的負極包括：集流體，以及涂敷在集流體表面的活性材料層；所述活性材料層包括碳基儲鈉材料、導電劑和粘結劑；
4、所述碳基儲鈉材料包括：硬碳材料、軟碳材料和石墨材料中的一種或至少二種的復合物；
5、優選地，所述活性材料層的組分包括：70～99份碳基儲鈉材料，0.5～10份導電劑，0.5～10份粘接劑；
6、優選地，所述粘結劑選自聚偏氟乙烯pvdf、羧甲基纖維素cmc、透明聚酰胺pamac、聚乙烯醇(pva)和海藻酸鈉中的至少一種。
7、較佳的，所述硬碳材料包括樹脂碳、生物質炭、有機物熱解碳和炭黑中的至少一種；
8、所述軟碳材料包括石油焦、針狀焦和碳纖維中的至少一種；
9、所述石墨材料包括膨脹石墨、中間相碳微球、天然石墨和復合石墨中的至少一種。
10、較佳的，所述芳香酮鈉溶液的溶質為芳香酮及其衍生物基鈉，溶劑為非質子性溶劑；
11、所述芳香酮鈉溶液中溶質的濃度為0.05～5mol/l。
12、較佳的，所述芳香酮鈉溶液的溶質包括氧苯酮鈉、二苯甲酮鈉、苯偶酰鈉、蒽酮鈉、對羥基苯乙酮鈉、四氫萘酮鈉中的至少一種；
13、所述非質子性溶劑的溶劑包括乙醚、乙二醇二甲醚，二乙二醇二甲醚，三乙二醇二甲醚，四乙二醇二甲醚，甲基叔丁基醚，二氧五環，n,n-二甲基甲酰胺、二甲亞砜中的至少一種。
14、較佳的，所述多巴胺鹽溶液的溶質為多巴胺鹽，溶劑為三(羥甲基)氨基甲烷-鹽酸緩沖液；所述多巴胺鹽溶液中溶質的濃度為0.5～5mg/m?l。
15、較佳的，所述多巴胺鹽包括甲酸多巴胺、乙酸多巴胺、丙酸多巴胺、蘋果酸多巴胺、乳酸多巴胺、檸檬酸多巴胺、抗壞血酸多巴胺中的至少一種；
16、優選地，三(羥甲基)氨基甲烷-鹽酸緩沖液的組分包含三(羥甲基)氨基甲烷、水和鹽酸，其中三(羥甲基)氨基甲烷物質的量濃度為10mm，ph值為8.5。
17、較佳的，所述碳基儲鈉材料與芳香酮鈉溶液反應的方式包括：將芳本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種碳基儲鈉材料的缺陷修復與穩定化方法，其特征在于，將碳基儲鈉材料或含有碳基儲鈉材料的負極先與芳香酮鈉溶液進行一次反應，再與多巴胺鹽溶液進行二次反應，最后經洗滌和干燥，得到改性碳基儲鈉材料或改性含有碳基儲鈉材料的負極。
2.根據權利要求1所述的碳基儲鈉材料缺陷修復與穩定化方法，其特征在于，所述含有碳基儲鈉材料制備的負極包括：集流體，以及涂敷在集流體表面的活性材料層；所述活性材料層包括碳基儲鈉材料、導電劑和粘結劑；
3.根據權利要求2所述的碳基儲鈉材料缺陷修復與穩定化方法，其特征在于，所述硬碳材料包括樹脂碳、生物質炭、有機物熱解碳和炭黑中的至少一種；
4.根據權利要求1所述的碳基儲鈉材料缺陷修復與穩定化方法，其特征在于，所述芳香酮鈉溶液的溶質為芳香酮及其衍生物基鈉，溶劑為非質子性溶劑；
5.根據權利要求4所述的碳基儲鈉材料缺陷修復與穩定化方法，其特征在于，所述芳香酮鈉溶液的溶質包括氧苯酮鈉、二苯甲酮鈉、苯偶酰鈉、蒽酮鈉、對羥基苯乙酮鈉、四氫萘酮鈉中的至少一種；
6.根據權利要求1所述的碳基儲鈉材料缺陷修復與穩定化方法，
7.根據權利要求6所述的碳基儲鈉材料缺陷修復與穩定化方法，其特征在于，所述多巴胺鹽包括甲酸多巴胺、乙酸多巴胺、丙酸多巴胺、蘋果酸多巴胺、乳酸多巴胺、檸檬酸多巴胺、抗壞血酸多巴胺中的至少一種；
8.根據權利要求1所述的碳基儲鈉材料缺陷修復與穩定化方法，其特征在于，所述碳基儲鈉材料與芳香酮鈉溶液反應的方式包括：將芳香酮鈉溶液涂覆在碳基儲鈉材料或含有碳基儲鈉材料制備的負極表面、或將碳基儲鈉材料或含有碳基儲鈉材料制備的負極浸泡在芳香酮鈉溶液中；
9.根據權利要求1所述的碳基儲鈉材料缺陷修復與穩定化方法，其特征在于，所述碳基儲鈉材料和芳香酮鈉溶液中鈉的摩爾比為1：(0.01～1000)，優選為1：(0.05～30)；
10.根據權利要求1-9中任一項所述的碳基儲鈉材料缺陷修復與穩定化方法，其特征在于，所述一次反應的溫度為20～60℃，反應時間為5min～72h；
11.一種根據權利要求1-10中任一項所述的缺陷修復與穩定化方法制備的改性碳基儲鈉材料。
12.一種根據權利要求1-10中任一項所述的缺陷修復與穩定化方法制備的改性含有碳基儲鈉材料的負極。
13.一種鈉離子電池，其特征在于，包括：權利要求11所述的改性碳基儲鈉材料作為負極活性材料或權利要求12所述的改性含有碳基儲鈉材料的負極。
...【技術特征摘要】
1.一種碳基儲鈉材料的缺陷修復與穩定化方法，其特征在于，將碳基儲鈉材料或含有碳基儲鈉材料的負極先與芳香酮鈉溶液進行一次反應，再與多巴胺鹽溶液進行二次反應，最后經洗滌和干燥，得到改性碳基儲鈉材料或改性含有碳基儲鈉材料的負極。
2.根據權利要求1所述的碳基儲鈉材料缺陷修復與穩定化方法，其特征在于，所述含有碳基儲鈉材料制備的負極包括：集流體，以及涂敷在集流體表面的活性材料層；所述活性材料層包括碳基儲鈉材料、導電劑和粘結劑；
3.根據權利要求2所述的碳基儲鈉材料缺陷修復與穩定化方法，其特征在于，所述硬碳材料包括樹脂碳、生物質炭、有機物熱解碳和炭黑中的至少一種；
4.根據權利要求1所述的碳基儲鈉材料缺陷修復與穩定化方法，其特征在于，所述芳香酮鈉溶液的溶質為芳香酮及其衍生物基鈉，溶劑為非質子性溶劑；
5.根據權利要求4所述的碳基儲鈉材料缺陷修復與穩定化方法，其特征在于，所述芳香酮鈉溶液的溶質包括氧苯酮鈉、二苯甲酮鈉、苯偶酰鈉、蒽酮鈉、對羥基苯乙酮鈉、四氫萘酮鈉中的至少一種；
6.根據權利要求1所述的碳基儲鈉材料缺陷修復與穩定化方法，其特征在于，所述多巴胺鹽溶液的溶質為多巴胺鹽，溶劑為三(羥甲基)氨基甲烷-鹽酸緩沖液；所述多巴胺鹽溶液中溶質的濃度為0.5～5mg/m?l。
7.根據...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊程，劉宇，
申請(專利權)人：中國科學院上海硅酸鹽研究所，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。