负极极片及其制备方法、钠离子电池与流程

本申请涉及二次电池，尤其是涉及一种负极极片及其制备方法、钠离子电池。

背景技术：

1、随着二次电池的发展，钠离子电池因为具有钠资源丰富、电池稳定性高等优点而得到了广泛的关注。在钠离子电池中，硬碳是一种具有较大优势的负极活性材料，其具有储量丰富、成本较低、导电性良好、理论储钠容量高、环境友好和低氧化还原电位等优点。

2、在传统的钠离子电池中，通常是将包括硬碳的负极活性层与集流体复合来制备负极极片。但是由于硬碳疏水性较强，与常用的水性粘结剂配合时容易出现负极活性层与集流体结合性能差的问题，即硬碳与负极集流体难以良好地适配，进而制约了硬碳在钠离子电池中使用。

技术实现思路

1、基于此，本申请提供了一种负极极片及其制备方法、钠离子电池。在所述负极极片中，可以不使用负极集流体，较好地解决了传统的负极极片中硬碳与负极集流体难以适配的问题。

2、一种负极极片，包括第一活性材料和网状支撑体，所述第一活性材料包括硬碳，所述网状支撑体包括碳纳米管和纳米纤维素，所述碳纳米管和所述纳米纤维素相互交织，所述硬碳分散于所述网状支撑体中。

3、在一些实施方式中，所述负极极片还包括第二活性材料，所述第二活性材料的克容量大于所述第一活性材料的克容量。

4、在一些实施方式中，所述第二活性材料包括硅基材料、锡基材料以及锑基材料中的至少一种。

5、在一些实施方式中，所述第二活性材料结合于所述碳纳米管的部分表面。

6、在一些实施方式中，所述第二活性材料填充于所述碳纳米管的管道内。

7、在一些实施方式中，所述第二活性材料包覆于所述碳纳米管的外表面。

8、在一些实施方式中，所述第二活性材料与所述硬碳的质量比为(3～5)：10。

9、在一些实施方式中，所述纳米纤维素、所述碳纳米管以及所述硬碳的质量比为(3～5)：(2～5)：10。

10、在一些实施方式中，所述硬碳的d50为5μm～10μm。

11、在一些实施方式中，所述硬碳的面密度为5g/cm2～15g/cm2。

12、在一些实施方式中，所述碳纳米管的管径为10nm～20nm。

13、在一些实施方式中，所述碳纳米管的长度为10μm～30μm。

14、在一些实施方式中，所述纳米纤维素的直径为30nm～50nm。

15、在一些实施方式中，所述纳米纤维素的长度为1μm～3μm。

16、一种所述负极极片的制备方法，包括如下步骤：

17、制备固相混合物：将第一活性材料的前驱体、碳纳米管以及纳米纤维素混合，所述第一活性材料的前驱体包括硬碳前驱体；

18、将所述固相混合物进行预成型处理，得到预成型产物；

19、将所述预成型产物进行烧结处理。

20、在一些实施方式中，所述制备固相混合物包括如下步骤：将所述第一活性材料的前驱体、所述碳纳米管、所述纳米纤维素以及包含第二活性材料的分散液混合，得到混合物，所述第二活性材料的克容量大于所述第一活性材料的克容量；将所述混合物进行固液分离，得到固相产物。

21、一种钠离子电池，包括所述负极极片或者所述制备方法制备的负极极片。

22、上述负极极片中，通过碳纳米管和纳米纤维素相互交织形成网状支撑体，硬碳分散于网状支撑体中，可以使负极极片具有较好的自支撑性能，同时还可以使负极极片具有较好的导电性能，进而可以在负极极片中不使用集流体，较好地解决了传统的负极极片中硬碳与负极集流体难以适配的问题。

23、上述负极极片的制备方法中，通过将包括硬碳前驱体的第一活性材料的前驱体、碳纳米管以及纳米纤维素混合以制备固相混合物。在得到的固相混合物中，碳纳米管和纳米纤维素相互交织初步形成网状支撑体，硬碳前驱体分散于网状支撑体中。然后通过预成型处理，可以将固相混合物预成型至负极极片的形状。再将预成型产物进行烧结处理。在烧结处理过程中，硬碳前驱体中的碳原子发生重排，在网状支撑体中形成硬碳。同时，在烧结处理过程中，网状支撑体结构得到较好地固定，进而可以形成具有较好自支撑性能的负极极片。

24、上述钠离子电池中，负极极片具有良好的结构稳定性，进而可以使钠离子电池保持较为稳定的循环性能。

技术特征：

1.一种负极极片，其特征在于，包括第一活性材料和网状支撑体，所述第一活性材料包括硬碳，所述网状支撑体包括碳纳米管和纳米纤维素，所述碳纳米管和所述纳米纤维素相互交织，所述硬碳分散于所述网状支撑体中。

2.根据权利要求1所述的负极极片，其特征在于，所述负极极片还包括第二活性材料，所述第二活性材料的克容量大于所述第一活性材料的克容量。

3.根据权利要求2所述的负极极片，其特征在于，所述第二活性材料包括硅基材料、锡基材料以及锑基材料中的至少一种。

4.根据权利要求2所述的负极极片，其特征在于，所述第二活性材料结合于所述碳纳米管的部分表面。

5.根据权利要求4所述的负极极片，其特征在于，所述第二活性材料填充于所述碳纳米管的管道内；和/或，

6.根据权利要求2所述的负极极片，其特征在于，所述第二活性材料与所述硬碳的质量比为(3～5)：10。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的负极极片，其特征在于，所述纳米纤维素、所述碳纳米管以及所述硬碳的质量比为(3～5)：(2～5)：10；和/或，

8.一种负极极片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的负极极片的制备方法，其特征在于，所述制备固相混合物包括如下步骤：

10.一种钠离子电池，其特征在于，包括权利要求1～7中任一项所述的负极极片或者权利要求8～9中任一项所述的制备方法制备的负极极片。

技术总结
本申请涉及一种负极极片及其制备方法、钠离子电池。负极极片包括第一活性材料和网状支撑体，所述第一活性材料包括硬碳，所述网状支撑体包括碳纳米管和纳米纤维素，所述碳纳米管和所述纳米纤维素相互交织，所述硬碳分散于所述网状支撑体中。所述负极极片中，通过碳纳米管和纳米纤维素配合形成网状支撑体，硬碳分散于网状支撑体，可以使负极极片具有较好的自支撑性能，同时还可以使负极极片具有较好的导电性能，进而可以在负极极片中不使用集流体，较好地解决了传统的负极极片中硬碳与负极集流体难以适配的问题。

技术研发人员：赖日鑫,万远鑫,孔令涌,裴现一男,赖佳宇,戴浩文,骆文森
受保护的技术使用者：深圳市德方创域新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16