【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种碳基储钠材料预处理的方法，以及得到的负极和钠离子电池，属于电化学储能领域和新能源领域。
技术介绍
1、先进的钠离子电池的发展有赖于高性能电极材料的构建，开发低成本、高性能的负极材料是关键环节。由于其储量丰富、成本低、结构稳定和低钠插入电压平台，硬碳、软碳和石墨等碳基材料受到人们的广泛关注，其中硬碳已成为一种具有商业前景的负极材料。理论和实验证明，缺陷对碳负极的高可逆容量至关重要，硬碳有两种主要类型的缺陷，本征缺陷和杂质缺陷。本征缺陷包括纳米片上的空位、孔洞和边缘，主要由悬空键和与其他结构分支的sp3杂化碳组成。五边形、七边形、八边形以及它们与几种非六边形结构(如stonethrower wales缺陷)的组合，导致石墨烯纳米片弯曲，也即本征缺陷。杂质缺陷主要指不均匀原子，其中最常见的是含氧官能团，通常出现在空位和边缘。硬碳负极中的缺陷在高容量钠储存中起着重要作用，然而，缺陷也存在一些不可忽视的负面影响，特别是陷阱效应和产生不可逆容量的固体电解质界面(sei)。因此，硬碳在首次充放电过程中缺陷的不可逆钠化及固体电解质界面层(sei)的形成消耗了大量的活性钠离子，从而降低了硬碳负极的首次库伦效率(ice)和循环稳定性。
2、文献carbon 2018,129,695-701中研究者使用氢气降低硬碳的缺陷浓度，ice由65％提高至79％。文献nano energy 2019,64,103937报道了一种新的原位工程方法，通过控制热解合成过程的气氛来调节硬碳的残余氧原子/缺陷，并揭示了ice与残余氧原子/缺
3、研究者尝试了使用补钠剂替代金属钠，可以在短时间内完成对硬碳负极的预钠化。根据中国专利技术专利文献cn 109546134 a，为提升钠离子电池负极的首周库伦效率，该专利技术将钠离子电池负极材料与芳基钠溶液进行反应，制得的预钠化硬碳负极材料相比于未进行预钠化的负极首周库伦效率从60.5％提升到了95.8％。文献acsappl.mater.inter.2020,10,15751-15759中研究者研发了联苯钠负极补钠剂替代钠金属，预钠化后的钠负极在20ma/g电流密度下，ice值从70％提高至99.9％。文献adv.energy.mater.2023,13,2300776中研究者报道了一种nabh4补钠剂热分解预沉淀策略，nabh4的热分解在硬碳表面产生金属钠来补偿首次充放电过程中钠的损失，预处理使硬碳的ice从83％提高到99％。虽然上述补钠剂预钠法能够缓解硬碳负极首周库伦效率低的问题，但此种策略仍然难以抑制电解液在碳表面的副分解反应，不利于钠离子电池的长循环稳定性。同时，补钠剂和有机溶剂在极片中的残留问题也难以避免，其对电极电化学性能的影响尚待进一步研究。
技术实现思路
1、为了解决碳基材料中缺陷带来的陷阱效应和产生不可逆容量的固体电解质界面所造成的首周库伦效率低和循环稳定性较差的问题，本专利技术提供一种碳基储钠材料缺陷修复和稳定化策略，补充了缺陷处不可逆的钠损失，同时碳基储钠材料本征缺陷处产生的准金属钠可以诱导碳基负极表面sei膜的形成。另一方面，通过多巴胺盐在碳基负极表面的自聚合反应准确的植入羰基c＝o(羰基)键作为活性中心，可控制地催化盐类的优先还原，并定向引导sei的生长，以形成均匀致密的sei，抑制了电解液在碳基负极表面的分解反应。得益于该缺陷修复和稳定化策略，处理后的碳基负极的首周库伦效率得到了显著提升，均匀致密的sei抑制了电解液在碳表面的副分解反应，从而实现长寿命钠离子电池体系的实用化发展。
2、具体地，本专利技术提供了一种碳基储钠材料的缺陷修复与稳定化方法，将碳基储钠材料或含有碳基储钠材料的负极先与芳香酮钠溶液进行一次反应，再与多巴胺盐溶液进行二次反应，最后经洗涤和干燥，得到改性碳基储钠材料或改性含有碳基储钠材料的负极。
3、较佳的，所述含有碳基储钠材料制备的负极包括：集流体，以及涂敷在集流体表面的活性材料层；所述活性材料层包括碳基储钠材料、导电剂和粘结剂；
4、所述碳基储钠材料包括：硬碳材料、软碳材料和石墨材料中的一种或至少二种的复合物；
5、优选地，所述活性材料层的组分包括：70～99份碳基储钠材料，0.5～10份导电剂，0.5～10份粘接剂；
6、优选地，所述粘结剂选自聚偏氟乙烯pvdf、羧甲基纤维素cmc、透明聚酰胺pamac、聚乙烯醇(pva)和海藻酸钠中的至少一种。
7、较佳的，所述硬碳材料包括树脂碳、生物质炭、有机物热解碳和炭黑中的至少一种；
8、所述软碳材料包括石油焦、针状焦和碳纤维中的至少一种；
9、所述石墨材料包括膨胀石墨、中间相碳微球、天然石墨和复合石墨中的至少一种。
10、较佳的，所述芳香酮钠溶液的溶质为芳香酮及其衍生物基钠，溶剂为非质子性溶剂；
11、所述芳香酮钠溶液中溶质的浓度为0.05～5mol/l。
12、较佳的，所述芳香酮钠溶液的溶质包括氧苯酮钠、二苯甲酮钠、苯偶酰钠、蒽酮钠、对羟基苯乙酮钠、四氢萘酮钠中的至少一种；
13、所述非质子性溶剂的溶剂包括乙醚、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，二氧五环，n,n-二甲基甲酰胺、二甲亚砜中的至少一种。
14、较佳的，所述多巴胺盐溶液的溶质为多巴胺盐，溶剂为三(羟甲基)氨基甲烷-盐酸缓冲液；所述多巴胺盐溶液中溶质的浓度为0.5～5mg/m l。
15、较佳的，所述多巴胺盐包括甲酸多巴胺、乙酸多巴胺、丙酸多巴胺、苹果酸多巴胺、乳酸多巴胺、柠檬酸多巴胺、抗坏血酸多巴胺中的至少一种；
16、优选地，三(羟甲基)氨基甲烷-盐酸缓冲液的组分包含三(羟甲基)氨基甲烷、水和盐酸，其中三(羟甲基)氨基甲烷物质的量浓度为10mm，ph值为8.5。
17、较佳的，所述碳基储钠材料与芳香酮钠溶液反应的方式包括：将芳本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种碳基储钠材料的缺陷修复与稳定化方法，其特征在于，将碳基储钠材料或含有碳基储钠材料的负极先与芳香酮钠溶液进行一次反应，再与多巴胺盐溶液进行二次反应，最后经洗涤和干燥，得到改性碳基储钠材料或改性含有碳基储钠材料的负极。
2.根据权利要求1所述的碳基储钠材料缺陷修复与稳定化方法，其特征在于，所述含有碳基储钠材料制备的负极包括：集流体，以及涂敷在集流体表面的活性材料层；所述活性材料层包括碳基储钠材料、导电剂和粘结剂；
3.根据权利要求2所述的碳基储钠材料缺陷修复与稳定化方法，其特征在于，所述硬碳材料包括树脂碳、生物质炭、有机物热解碳和炭黑中的至少一种；
4.根据权利要求1所述的碳基储钠材料缺陷修复与稳定化方法，其特征在于，所述芳香酮钠溶液的溶质为芳香酮及其衍生物基钠，溶剂为非质子性溶剂；
5.根据权利要求4所述的碳基储钠材料缺陷修复与稳定化方法，其特征在于，所述芳香酮钠溶液的溶质包括氧苯酮钠、二苯甲酮钠、苯偶酰钠、蒽酮钠、对羟基苯乙酮钠、四氢萘酮钠中的至少一种；
6.根据权利要求1所述的碳基储钠材料缺陷修复与稳定化方法，
7.根据权利要求6所述的碳基储钠材料缺陷修复与稳定化方法，其特征在于，所述多巴胺盐包括甲酸多巴胺、乙酸多巴胺、丙酸多巴胺、苹果酸多巴胺、乳酸多巴胺、柠檬酸多巴胺、抗坏血酸多巴胺中的至少一种；
8.根据权利要求1所述的碳基储钠材料缺陷修复与稳定化方法，其特征在于，所述碳基储钠材料与芳香酮钠溶液反应的方式包括：将芳香酮钠溶液涂覆在碳基储钠材料或含有碳基储钠材料制备的负极表面、或将碳基储钠材料或含有碳基储钠材料制备的负极浸泡在芳香酮钠溶液中；
9.根据权利要求1所述的碳基储钠材料缺陷修复与稳定化方法，其特征在于，所述碳基储钠材料和芳香酮钠溶液中钠的摩尔比为1：(0.01～1000)，优选为1：(0.05～30)；
10.根据权利要求1-9中任一项所述的碳基储钠材料缺陷修复与稳定化方法，其特征在于，所述一次反应的温度为20～60℃，反应时间为5min～72h；
11.一种根据权利要求1-10中任一项所述的缺陷修复与稳定化方法制备的改性碳基储钠材料。
12.一种根据权利要求1-10中任一项所述的缺陷修复与稳定化方法制备的改性含有碳基储钠材料的负极。
13.一种钠离子电池，其特征在于，包括：权利要求11所述的改性碳基储钠材料作为负极活性材料或权利要求12所述的改性含有碳基储钠材料的负极。
...【技术特征摘要】
1.一种碳基储钠材料的缺陷修复与稳定化方法，其特征在于，将碳基储钠材料或含有碳基储钠材料的负极先与芳香酮钠溶液进行一次反应，再与多巴胺盐溶液进行二次反应，最后经洗涤和干燥，得到改性碳基储钠材料或改性含有碳基储钠材料的负极。
2.根据权利要求1所述的碳基储钠材料缺陷修复与稳定化方法，其特征在于，所述含有碳基储钠材料制备的负极包括：集流体，以及涂敷在集流体表面的活性材料层；所述活性材料层包括碳基储钠材料、导电剂和粘结剂；
3.根据权利要求2所述的碳基储钠材料缺陷修复与稳定化方法，其特征在于，所述硬碳材料包括树脂碳、生物质炭、有机物热解碳和炭黑中的至少一种；
4.根据权利要求1所述的碳基储钠材料缺陷修复与稳定化方法，其特征在于，所述芳香酮钠溶液的溶质为芳香酮及其衍生物基钠，溶剂为非质子性溶剂；
5.根据权利要求4所述的碳基储钠材料缺陷修复与稳定化方法，其特征在于，所述芳香酮钠溶液的溶质包括氧苯酮钠、二苯甲酮钠、苯偶酰钠、蒽酮钠、对羟基苯乙酮钠、四氢萘酮钠中的至少一种；
6.根据权利要求1所述的碳基储钠材料缺陷修复与稳定化方法，其特征在于，所述多巴胺盐溶液的溶质为多巴胺盐，溶剂为三(羟甲基)氨基甲烷-盐酸缓冲液；所述多巴胺盐溶液中溶质的浓度为0.5～5mg/m l。
7.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨程，刘宇，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：
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