一种钠磷复合负极材料及其制备方法和固态钠电池

本发明属于固态电池，尤其涉及一种钠磷复合负极材料及其制备方法和固态钠电池。

背景技术：

1、在钠电池的候选负极中，金属钠提供最低的电压和最高的理论比容量(1166mahg-1)。然而，金属钠负极很容易在界面上形成钠离子耗竭区。同时不均匀的沉积也倾向于形成钠枝晶。电流越大，耗竭效应越明显，钠枝晶生长越严重，最终导致电池失效。

2、合金材料主要通过具有高还原电位的合金反应实现钠的储存。将碱土元素加入钠离子电池的金属钠负极，可以与其形成相应的合金骨架并提高理论容量。然而，关于高比能钠离子电池负极材料的研究相对较少，而且钠嵌入过程中体积变化很大，其在循环过程中大量的体积膨胀，又导致了电极材料的破碎和崩溃。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钠磷复合负极材料及其制备方法和固态钠电池。

2、本发明提供了一种钠磷复合负极材料，制备原料包括质量比为100:1～5的金属钠和磷，所述磷包括红磷(p)和/或黑磷(bp)。

3、在本发明中，所述金属钠和磷的质量比为100:1、100:2、100:3、100:4或100:5，分别记为na3p@na-1，na3p@na-2，na3p@na-3，na3p@na-4，na3p@na-5。

4、所述钠磷复合负极材料具有较高的离子电导率；与na3.1zr1.95mg0.05si2po12(nzsp)良好的界面匹配，可以很好地调节na+离子剥落/沉积行为，在加速界面电荷转移的同时，限制了金属钠的膨胀和钠枝晶的生长。

5、本发明中磷储量大，价格低廉。磷的引入极大改善了na负极与固态电解质的界面浸湿性，减小了负极/电解质的界面电阻，不需要额外对固态电解质或正/负极表面进行涂覆等工艺，在简化制备工艺的同时极大降低了制造成本。

6、本发明提供了一种上述技术方案所述钠磷复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：

7、在氩气气氛下，将熔融钠和磷混合后搅拌，得到钠磷复合负极；

8、所述熔融钠和磷的质量比为100:1～5。本发明优选将金属钠加热至160℃，呈现熔融状态。本发明优选将磷加入至熔融钠中。

9、在本发明中，所述搅拌的时间为8～12min。

10、本发明提供了一种固态钠金属电池，包括正极、负极和固态电解质；

11、所述负极为上述技术方案所述的钠磷复合负极材料。

12、在本发明中，所述正极优选为na3v2(po4)3；所述固态电解质选自na3.1zr1.95mg0.05si2po12。

13、本发明提供了一种钠磷复合负极材料，制备原料包括质量比为100:1～5的金属钠和磷，所述磷包括红磷(p)和/或黑磷(bp)。本发明提供的钠磷复合负极材料具有优异的离子电导率；钠磷复合负极材料与nzsp良好的界面匹配，能够很好地调节na+离子剥落/沉积行为，在加速界面电荷转移的同时，限制了金属钠的膨胀和钠枝晶的生长；组装的nvp/nzsp/na3p@na-3全固态电池，该电池具有优异的倍率性能和循环性能。

技术特征：

1.一种钠磷复合负极材料，制备原料包括质量比为100:1～5的金属钠和磷，所述磷包括红磷(p)和/或黑磷(bp)。

2.根据权利要求1所述的钠磷复合负极材料，其特征在于，所述金属钠和磷的质量比为100:1、100:2、100:3、100:4或100:5。

3.一种权利要求1所述钠磷复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌的时间为8～12min。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，将磷加入至熔融钠中。

6.一种固态钠金属电池，包括正极、负极和固态电解质；

7.根据权利要求6所述的固态金属电池，其特征在于，所述正极为na3v2(po4)3；

技术总结
本发明提供了一种钠磷复合负极材料及其制备方法和固态钠电池，制备原料包括质量比为100:1～5的金属钠和磷，所述磷包括红磷(P)和/或黑磷(BP)。本发明提供的钠磷复合负极材料具有优异的离子电导率；钠磷复合负极材料与NZSP良好的界面匹配，可以很好地调节Na+离子剥落/沉积行为，在加速界面电荷转移的同时，限制了金属钠的膨胀和钠枝晶的生长；组装的NVP/NZSP/Na3P@Na‑3全固态电池，该电池具有优异的倍率性能和循环性能。

技术研发人员：徐朝和,李琛,王荣华,黄秋园,卢冉
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5