[实用新型]一种具有双层复合保护层结构的铜集流体

说明书

本实用新型涉及一种具有双层复合保护层结构的铜集流体。所述铜集流体包括铜箔，以及依次设置于所述铜箔表面的Al₂O₃层和聚偏氟乙烯层。本实用新型所述具有双层复合保护层结构的铜集流体中，靠近铜箔表面的Al₂O₃层，具有较高的机械模量，可以有效抑制钠枝晶的生长；顶层为柔性的聚偏氟乙烯(PVDF)层，可以缓解循环过程中负极的体积变化，两层保护层共同作用，引导钠均匀沉积，改善钠枝晶生长问题。

技术领域

本实用新型属于电池技术领域，具体涉及一种具有双层复合保护层结构的铜集流体。

背景技术

在过去的几十年，化石燃料的消耗而带来的全球能源短缺问题引起了广泛关注，寻找传统能源的代替品成为了当下的热点问题。随着世界经济的不断发展，人们对能源的需求越来越大，而石油、天然气等不可再生资源不断消耗，使用风能、太阳能、生物质能等新能源成为了人们解决能源危机的一个主要途径。储能系统作为一类能够提供并储存能量的装置，为实现新能源的大规模稳定应用提供了解决方法，从而引起了人们的关注。

电池是一类常见储能装置，如今人们的生活也越来越离不开便携式电池。其中，锂离子电池作为一种非常有潜力的储能装置，拥有高能量密度，无记忆效应，自放电效应少等等优点，但由于锂离子电池市场的快速发展，原材料锂金属的成本逐渐攀升，同时，由于锂金属在地球上的不均匀分布，这样的快速消耗还可能导致金属锂资源短缺。

由于钠金属在地壳表面的分布更为均匀且资源更加丰富，成本低廉，且电极电势较低(-2.71V vs SHE)，钠电池被认为是一种可能的锂离子电池代替品。然而，钠金属是一种活泼金属，反应活性高，易于电解液发生反应，并在钠金属表面形成一层SEI膜。同时，由于钠金属的无宿主特征，电池循环过程中会发生无限的体积变化，从而导致其表面的SEI膜会不断地经历破坏-重构的过程，降低了电池的库伦效率。此外，钠金属负极还存在着钠枝晶问题，在电池循环过程中，钠枝晶的产生及生长有可能会刺穿隔膜，从而导致电池短路，产生安全隐患。

目前，在钠金属电池中常使用铜箔作为集流体。常用的铜集流体存在着表面凹凸不平，粗糙不均匀等问题，作为集流体在沉积钠时容易导致钠的不均匀沉积，从而可能引发钠枝晶生长，影响电池性能。

现有技术中为了解决铜箔作为集流体引起的钠枝晶生长、影响电池性能等问题，进行了以下改进：

CN110635113A公开了一种锂负极或钠负极及锂负极或钠负极的制备方法和应用。所述方法包括将反钙钛矿固态电解质熔融后涂布于集流体表面，从而在集流体表面形成一层反钙钛矿固态电解质膜；采用电化学方法将锂或钠沉积于所述集流体表面，获得锂负极或钠负极；或者采用磁控溅射的方式将反钙钛矿固态电解质沉积在锂金属片或钠金属片表面，在锂/钠金属片表面获得反钙钛矿固态电解质膜，并获得锂负极或钠负极。但是，所述方法得到的锂负极或钠负极无法缓解负极表面的体积变化，得到的负极电化学性能较差。

CN107221640A公开了一种钠离子电池用复合钠负极的制备方法，属于新能源材料领域。通过热灌输熔融法或者电沉积法将金属钠沉积在三维碳材料或者泡沫多孔材料等载体空隙中从而制备得到复合钠负极，其中三维载体材料的应用不仅为制备过程中预存储钠提供充足的空间，而且为电池循环的过程中接收金属钠提供载体。但是，所述复合钠负极成本较高，无法工业化生产。

因此，本领域开发一种可用于钠金属电池的铜集流体，所述铜集流体可解决钠的不均匀沉积，从而可能引发钠枝晶生长的问题，且成本较低，可工业化生产。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种具有双层复合保护层结构的铜集流体。本实用新型所述具有双层复合保护层结构的铜集流体，不仅可以有效抑制钠枝晶的生长，而且可以缓解循环过程中负极的体积变化，具有优异的电化学性能。

为达上述目的，本实用新型采用如下技术方案：