高能量密度钠离子电池负极制备技术

成果编号：38211

价格：面议

完成单位：中国矿业大学

单位类别：211系统院所

完成时间：2022年

成熟程度：试生产阶段

服务产业领域：装备制造、能源环保、新材料

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发布人：樊宇离线

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针对钠离子电池界面离子传输动力学迟缓、循环稳定性较差等关键技术瓶颈，从复合钠离子电池负极材料的结构特性出发，对其进行组分、微-纳结构、电极/电解液界面特性调控与优化，构筑三维多孔结构扩充电化学活性位点，缓解电化学过程中电极结构的塌陷，延长循环寿命；耦合高电导率载体与低电位高比能第二相，提高电池能量密度；实现赝电容与电池电化学行为协同储钠，加速氧化还原反应动力学，改善电极大倍率充放电能力。

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成果介绍

科技计划：省部级：

成果形式：新技术、新工艺、新产品、新材料

合作方式：技术转让、技术开发、技术咨询、技术服务

参与活动： 2023年高校院所走进镇江产学研合作对接活动第二届江苏产学研合作对接大会 2023年高校院所服务苏北五市产学研合作对接活动

专利情况：未申请专利

成果简介

综合介绍

创新要点

1. 构筑新型纳米多孔复合电极，通过构建分级孔道结构及表面改性等策略增加电极有效表面，构建多维离子迁移通道，改善钠离子传输动力学特性。 2. 对电极组分和微-纳结构进行设计优化，深入研究其储钠机理，构筑电池-赝电容协同储钠，提升能量密度，改善大倍率充放电性能。 3. 对电极/电解液界面化学特性进行合理调配，解决其在电化学过程中的构效保持问题，提出电极与界面结构演化与电池优化机制。

技术指标

构筑三维多孔 NiCoP/Ti3C2 复合材料，在 1 A g-1的大电流密度下进行 2000 次循环，稳定提供 261.7 mAh g-1 的比容量，长循环稳定性和倍率性能获得显著改善。基于表面修饰策略构筑 NiCu 双金属团簇修饰 Ti3C2 纳米片，在 100 mA g-1电流密度下展现 318.6 mAh g-1 的放电比容量，100 次循环后容量保持率为 97.9%，库伦效率显著提升。

其他说明

钠资源在地壳中储量丰富，分布广泛，且具有与锂相似的物理化学性质和存储机制，非常适合应用于电动汽车、通讯基站、数据中心等储能领域。因此，发展室温钠离子电池储能技术具有重要的经济价值和战略意义。 Ti3C2MXene 作为新型二维插层型储钠材料，能量密度相比传统碳材料显著提升，可满足储能设备对小体积、大容量、快速充放电的要求。团队针对钠离子电池在应用中面临动力学迟缓、体积效应严重、结构稳定性差等关键瓶颈，基于 MXene 结构特性，对负极材料进行定向优化。使用简单的 NaOH 诱导策略构筑的三维多孔 NiCoP/Ti3C2 复合材料，具有电池-赝电容协同储钠机制，电池续航能力和长循环寿命显著提升。使用 Lewis 酸性熔融盐刻蚀策略，成功制备无氟 MXene，实现电极的绿色制备过程，金属表面修饰策略优化了钠离子在电极表面的吸附结构，利于离子从电极中快速脱出，提高库伦效率。通过对电极材料的定向结构设计以及电池结构间的优化匹配，构建高容量、长循环寿命和高安全性钠离子电池，推动其在大规模储能领域的广泛应用。

完成人信息

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