CN108987738A - 一种制备钠锡合金负极材料的工艺及电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备钠锡合金负极材料的工艺及电池，通过调节熔融温度、驱动气体压力、铜辊转速、坩埚孔径等参数来获得不同厚度不同宽度的复合电极带材，使得该工艺在固态电池中的应用更为广泛，采用甩带工艺制备复合电极材料时，可将所需的各种元素通过熔炼过程进行合金化或多组分均匀熔化，由于甩带过程高达104℃/s的冷却速度，可实现快速淬冷凝固，得到微晶甚至是非晶的复合带材，各组分的颗粒尺寸较小，从而提高充放电过程中材料的反应动力学，改善界面作用，并且电极机械性能也会有所提高。

Description

一种制备钠锡合金负极材料的工艺及电池
技术领域
本发明涉及固态电池技术领域，特别涉及一种制备钠锡合金负极材料的工艺及电池。
背景技术
钠离子全固态电池由于其储量丰富、高安全性以及有望得到高能量密度、长循环寿命电池等特性，在近年来受到越来越广泛的关注。由于固态电解质的本征特点，相较于以往的液态电池，新型复合电极材料的开发以及固态电解质与电极界面接触问题的解决变得越来越重要，复合电极材料包括储钠合金类负极材料、钠/锂硫电池复合正极等等。
相较于纯金属负极，合金类负极具有较高的理论比容量和较稳定的循环性能；而复合负极材料可将固态电解质与活性材料、导电剂等成分进行复合，相较于传统负极材料，复合负极材料可提高电极内部有效的钠离子和电子传输通道，改善电极与固态电解质的界面接触。
以往的储钠合金类负极材料等多采用简单的熔融压制的方法来制备，只能制备尺寸较小的样品，满足扣电或者单片软包固态电池的制备组装，并且厚度一般较厚，不够均匀，在后续的电池充放电过程中，由于电极厚度的不均匀性更易导致枝晶的产生，影响电池性能。
基于以上新型复合电极在固态电池应用的优势以及目前复合电极制备工艺的缺陷，复合电极材料制备新工艺的开发也越来越受到人们的关注，以期望其能够满足固态电池对电极材料的诸多要求为此，我们提出一种制备钠锡合金负极材料的工艺及电池。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种制备钠锡合金负极材料的工艺及电池，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种制备钠锡合金负极材料的工艺及电池，包括以下步骤：
步骤一：取原料Na块和Sn块，按重量份配比75-85:15-25；
步骤二：将步骤一中原料烘干后，将原料放入球磨机中进行均匀球磨混料；
步骤三：将步骤二中混好的原料压制成块，之后真空通过惰性气氛封入管中，在电阻炉中加热进行合金化处理；
步骤四：将步骤三中的合金块在手套箱中取出，并放置于坩埚中，抽真空并通入惰性气氛后，加热融化，熔融之后利用气压驱动使熔体从坩埚底部开孔喷出落至高速转动的铜辊上，冷却后，获得微纳结构的Na-Sn合金带材。
进一步地，所述步骤二中的原料Na:Sn按重量份配比80:20。
进一步地，所述步骤二中的球磨机为行星式球磨机。
进一步地，所述步骤三中电阻炉加热温度为400-500℃。
进一步地，所述步骤四中融化温度为400-500℃。
进一步地，所述步骤四中所述的坩埚底部开孔大小为2-3mm。
进一步地，所述步骤四中铜辊冷却速度为104℃/s。
进一步地，用于实现上述目的的本发明的一种一种钠锡合金负极电池，电池负极配备有包含上述的电极材料。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.可制备各种合金成分或者多组分的复合电极材料，在甩带过程中，可通过调节熔融温度、驱动气体压力、铜辊转速、坩埚孔径等参数来获得不同厚度不同宽度的复合电极带材，使得该工艺在固态电池中的应用更为广泛；
2.采用甩带工艺制备复合电极材料时，可将所需的各种元素通过熔炼过程进行合金化或多组分均匀熔化，由于甩带过程高达104℃/s的冷却速度，可实现快速淬冷凝固，得到微晶甚至是非晶的复合带材，各组分的颗粒尺寸较小，从而提高充放电过程中材料的反应动力学，改善界面作用，并且电极机械性能也会有所提高；
3.在原料熔融-凝固甩带过程中，比较容易形成第二相弥散相，因此相较于传统负极材料，采用甩带法制备的复合电极材料机械性能会有较大改善；
综上本发明提供了一种较为普适的制备固态电池用复合电极材料的方法，采用甩带法制备固态电池复合电极材料，可用于制备钠锡电池复合负极等，用于全固态钠离子电池制备过程中。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例一：
一种制备钠锡合金负极材料的工艺及电池，包括以下步骤：
步骤一：取原料Na块和Sn块，按重量份配比75:25；
步骤二：将步骤一中原料烘干后，将原料放入行星式球磨机中进行均匀球磨混料，全程在手套箱气氛保护下进行。
步骤三：将混好的原料压制成块，之后真空通惰性气氛封入坩埚中，在电阻炉中加热到400℃进行合金化处理
步骤四：将步骤三中的合金块在手套箱中取出，并放置于甩带炉坩埚中，抽真空并通入惰性气氛后，升温至400℃，观察熔化情况，熔融之后利用气压驱动使熔体从坩埚底部2mm小孔喷出落到高速转动的铜辊上，实现快速冷却，获得微纳结构的Na-Sn合金带材。
实施例二：
一种制备钠锡合金负极材料的工艺及电池，包括以下步骤：
步骤一：取原料Na块和Sn块，按重量份配比85:15；
步骤二：将步骤一中原料烘干后，将原料放入行星式球磨机中进行均匀球磨混料，全程在手套箱气氛保护下进行。
步骤三：将混好的原料压制成块，之后真空通惰性气氛封入坩埚中，在电阻炉中加热到500℃进行合金化处理
步骤四：将步骤三中的合金块在手套箱中取出，并放置于甩带炉坩埚中，抽真空并通入惰性气氛后，升温至500℃，观察熔化情况，熔融之后利用气压驱动使熔体从坩埚底部3mm小孔喷出落到高速转动的铜辊上，实现快速冷却，获得微纳结构的Na-Sn合金带材。
实施例三：
一种制备钠锡合金负极材料的工艺及电池，包括以下步骤：
步骤一：取原料Na块和Sn块，按重量份配比80:20；
步骤二：将步骤一中原料烘干后，将原料放入行星式球磨机中进行均匀球磨混料，全程在手套箱气氛保护下进行。
步骤三：将混好的原料压制成块，之后真空通惰性气氛封入坩埚中，在电阻炉中加热到450℃进行合金化处理
步骤四：将步骤三中的合金块在手套箱中取出，并放置于甩带炉坩埚中，抽真空并通入惰性气氛后，升温至450℃，观察熔化情况，熔融之后利用气压驱动使熔体从坩埚底部3mm小孔喷出落到高速转动的铜辊上，实现快速冷却，获得微纳结构的Na-Sn合金带材。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种制备钠锡合金负极材料的工艺及电池，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：取原料Na块和Sn块，按重量份配比75-85:15-25；
步骤二：将步骤一中原料烘干后，将原料放入球磨机中进行均匀球磨混料；
步骤三：将步骤二中混好的原料压制成块，之后真空通过惰性气氛封入管中，在电阻炉中加热进行合金化处理；
步骤四：将步骤三中的合金块在手套箱中取出，并放置于坩埚中，抽真空并通入惰性气氛后，加热融化，熔融之后利用气压驱动使熔体从坩埚底部开孔喷出落至高速转动的铜辊上，冷却后，获得微纳结构的Na-Sn合金带材。
2.根据权利要求1中所述的一种制备钠锡合金负极材料的工艺，其特征在于：所述步骤二中的原料Na:Sn按重量份配比80:20。
3.根据权利要求1中所述的一种制备钠锡合金负极材料的工艺，所述步骤二中的球磨机为行星式球磨机。
4.根据权利要求1中所述的一种制备钠锡合金负极材料的工艺，其特征在于：所述步骤三中电阻炉加热温度为400-500℃。
5.根据权利要求1中所述的一种制备钠锡合金负极材料的工艺，其特征在于：所述步骤四中融化温度为400-500℃。
6.根据权利要求1中所述的一种制备钠锡合金负极材料的工艺，其特征在于：所述步骤四中所述的坩埚底部开孔大小为2-3mm。
7.根据权利要求1中所述的一种制备钠锡合金负极材料的工艺，其特征在于：所述步骤四中铜辊冷却速度为104℃/s。
8.一种钠锡合金负极，其特征在于，包括权利要求1至6任一所述方法制备的钠锡合金负极。
9.一种钠锡合金负极电池，其特征在于，包括权利要求7中所述的钠锡合金负极。
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