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

本发明专利技术公开了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，将一定量的三氟甲磺酸镁加入四氢呋喃中，搅拌均匀得到用于界面改性的Mg

【技术实现步骤摘要】
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


[0001]本专利技术属于钠电池
，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。

技术介绍

[0002]钠金属是钠电池中理论比容量（1165 mAh g
‑1）和氧化还原电势（
‑
2.714 V vs. 标准氢电极）较高的负极材料，满足高能量密度和高安全性电池的要求。然而，钠金属负极存在严重的枝晶问题，一方面能够刺穿电池的隔膜造成电池短路而引发火灾，另一方面影响电池的电化学性能如长循环寿命、库伦效率、倍率等。因此，抑制钠金属负极枝晶的生长至关重要。
[0003]在电解液中添加功能性添加剂（例如Mg
2+
），是抑制碱金属负极枝晶的常用方法之一，其中添加剂浓度是一个非常困难的选择。浓度过高会影响电解液的导电性，并且在循环过程中存在碱金属负极与添加剂的反应过程，造成电池的电压平台不稳定。添加剂浓度低后，会极大程度上的影响抑制枝晶的效果。而界面改性的研究中，在组装电池之前已完成碱金属负极表面的优化，因此电池运行过程中更加稳定。通过界面改性锂金属负极可以调控锂金属表面的结构和组成，从而引导锂均匀沉积、降低锂的扩散势垒、抑制锂枝晶的生成。然而，将界面改性的方法应用于钠金属负极表面处理仍然是一个巨大的挑战。

技术实现思路

[0004]为了克服以上技术问题，本专利技术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。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种镁改性钠金属负极材料，将含有一定量的Mg
2+
溶液滴加到钠金属圆片上，钠金属材料表面具有一层均匀附着的镁。
[0006]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（（CF3SO3）2Mg）加入四氢呋喃（THF）中，搅拌均匀得到用于界面改性的Mg
2+
溶液；裁剪出直径9mm的金属钠圆片后，将三氟甲磺酸镁（（CF3SO3）2Mg）的四氢呋喃（THF）溶液滴到圆片上，静置后进行多次的清洗，去除残留的溶质，在水、氧含量均小于0.01ppm的手套箱中长时间静置干燥后得到镁改性的钠金属负极材料。
[0007]优选的，所述Mg
2+
的盐包括三氟甲磺酸镁（（CF3SO3）2Mg）、氯化镁（MgCl2）、硫酸镁（MgSO4）的一种或几种。
[0008]优选的，所述Mg
2+
溶液中Mg
2+
的浓度为0.1 mol/L
‑
0.3mol/L。例如，配1mL的0.3mol/L的Mg
2+
溶液（溶剂是四氢呋喃，溶质是三氟甲磺酸镁），将0.1 g的三氟甲磺酸镁溶解到1mL的四氢呋喃中，搅拌均匀即可。
[0009]优选的，所述金属钠圆片的直径为9 mm、12 mm、14 mm。
[0010]优选的，含有Mg
2+
溶液的滴加量为1
‑
3滴。
[0011]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。
[0012]优选的，所述干燥时间为12
‑
48 h。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]所述镁改性钠金属负极材料用于汽车、电动车。
[0016]本专利技术的有益效果。
[0017]（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。
[0018]（2）本专利技术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。
[0019]（3）本专利技术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。
[0020]（4）本专利技术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
[0021]图1为本专利技术制备的镁改性钠金属负极材料X射线衍射图片。
[0022]图2为空白钠金属负极材料的扫描电子显微镜图片。
[0023]图3为空白钠金属负极材料的扫描电子显微镜放大图片。
[0024]图4为镁改性钠金属负极材料的扫描电子显微镜图片。
[0025]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。
[0026]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。
[0027]图7为本专利技术实施例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
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]第一方面，本专利技术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（（CF3SO3）2Mg）加入四氢呋喃（THF）中，搅拌均匀得到用于界面改性的Mg
2+
溶液；裁剪出直径9mm的金属钠圆片后，将该溶液滴到圆片上，静置后进行多次的清洗，去除残留的溶质，干燥后得到镁改性的钠金属负极材料。
[0030]在一些实施例中，引入Mg
2+
的盐包括三氟甲磺酸镁（（CF3SO3）2Mg）、氯化镁（MgCl2）、硫酸镁（MgSO4）的一种或几种；在一些实施例中，界面改性的Mg
2+
溶液中Mg
2+
的浓度为0.1 mol/L
‑
0.3mol/L;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
2+
溶液的滴加量为1
‑
3滴；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
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镁改性钠金属负极材料，其特征在于，将含有一定量的Mg
2+
溶液滴加到钠金属圆片上，钠金属材料表面具有一层均匀附着的镁。2.根据权利要求1所述的一种镁改性钠金属负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤；将一定量的三氟甲磺酸镁（（CF3SO3）2Mg）加入四氢呋喃（THF）中，搅拌均匀得到用于界面改性的Mg
2+
溶液；裁剪出直径9mm的金属钠圆片后，将三氟甲磺酸镁（（CF3SO3）2Mg）的四氢呋喃（THF）溶液滴到圆片上，静置后进行多次的清洗，去除残留的溶质，在水、氧含量均小于0.01ppm的手套箱中长时间静置干燥后得到镁改性的钠金属负极材料。3.根据权利要求2所述的一种镁改性钠金属负极材料的制备方法，其特征在于，所述Mg
2+
的盐包括三氟甲磺酸镁（（CF3SO3）2Mg）、氯化镁（MgCl2）、硫酸镁（MgSO4）的一种或几种。4.根据权利要求2所述的一种镁改性钠金属负极材料的制备方法，其特征在于，所述Mg
2+
溶液中Mg
2+
的浓度为0.1 mol/L
‑
0.3mol/L。5.根据权利要求2所述的一种镁改性钠金属负极材料的制备方法，其特征在于，所述金属钠圆片的直径为9 m...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋蕙宇，侯传信，杜伟，
申请(专利权)人：烟台大学，
类型：发明
国别省市：