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公開番号2025083461
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-30
出願番号2025037859,2023525613
出願日2025-03-10,2022-03-04
発明の名称ナトリウムイオン電池の負極極片、電気化学装置及び電子デバイス
出願人香港時代新能源科技有限公司,CONTEMPORARY AMPEREX TECHNOLOGY (HONG KONG) LIMITED
代理人個人,個人
主分類H01M 10/054 20100101AFI20250523BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】ナトリウムイオン電池の負極極片、電気化学装置及び電子デバイスを提供する。
【解決手段】負極活性材料がないナトリウムイオン電池である電気化学装置であって、正極極片と、負極極片11と、電解液とを含み、前記負極極片は、負極集電体11と、前記負極集電体の少なくとも一部の表面に形成された炭素材料コーティング12と、前記炭素材料コーティングの前記負極集電体から離れる少なくとも一部の表面に形成されたナトリウム金属層13を含み、前記炭素材料コーティングの厚さは1μm～10μmであり、前記炭素材料コーティングは、炭素材料及びポリマー接着剤を含み、前記炭素材料は、含酸素基を含み、前記炭素材料における酸素原子の質量含有量は、0.1%～1%であることを特徴とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
負極活性材料がないナトリウムイオン電池である電気化学装置であって、
正極極片と、負極極片と、電解液とを含み、
前記負極極片は、負極集電体と、前記負極集電体の少なくとも一部の表面に形成された炭素材料コーティングと、前記炭素材料コーティングの前記負極集電体から離れる少なくとも一部の表面に形成されたナトリウム金属層を含み、
前記炭素材料コーティングの厚さは１μｍ～１０μｍであり、
前記炭素材料コーティングは、炭素材料及びポリマー接着剤を含み、
前記炭素材料は、含酸素基を含み、前記炭素材料における酸素原子の質量含有量は、０．１％～１％である、ことを特徴とする、
電気化学装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
（１）前記炭素材料は、メソカーボンマイクロビーズ、黒鉛、天然黒鉛、膨張黒鉛、人造黒鉛、ガラス状炭素、炭素－炭素複合材料、炭素繊維、ハードカーボン、多孔質炭素、高配向性黒鉛、三次元黒鉛、カーボンブラック、カーボンナノチューブ及びグラフェンのうちの少なくとも１種を含み、
（２）前記炭素材料コーティングにおける前記炭素材料の質量比は９０％～９９％であり、
（３）前記炭素材料コーティングにおける前記炭素材料の質量比は９０％～９７％であり、
（４）前記炭素材料コーティングにおける前記炭素材料の質量比は９４％～９７％であり、
（５）前記炭素材料コーティングの厚さは１μｍ～５μｍであり、
（６）前記炭素材料コーティングの厚さは３μｍ～５μｍである、
といった条件の少なくとも１つを満たす、ことを特徴とする、
請求項１に記載の電気化学装置。
【請求項３】
（７）前記負極集電体は、金属箔材、金属発泡集電体、金属網状集電体、カーボンフェルト集電体、カーボンクロス集電体、カーボンペーパー集電体及び複合集電体のうちの少なくとも１種を含み、
（８）前記負極集電体は、多孔質構造を有し、前記負極集電体は、多孔質アルミ箔、多孔質銅箔及び多孔質ステンレス鋼箔のうちの少なくとも１種を含む、
といった条件の少なくとも１つを満たす、ことを特徴とする、
請求項１に記載の電気化学装置。
【請求項４】
前記負極集電体は、アルミ箔、アルミニウム合金箔及びアルミニウムベースの複合集電体のうちのいずれか１つを含むアルミニウムベースの集電体である、ことを特徴とする、
請求項３に記載の電気化学装置。
【請求項５】
前記負極集電体の厚さは３μｍ～１５μｍである、ことを特徴とする、
請求項１に記載の電気化学装置。
【請求項６】
前記負極極片における前記ナトリウム金属層の質量含有量は０．１～１％である、ことを特徴とする、
請求項１に記載の電気化学装置。
【請求項７】
前記含酸素基は、カルボキシ基、ヒドロキシ基及びエーテル基から選ばれる少なくとも１種である、ことを特徴とする、
請求項１に記載の電気化学装置。
【請求項８】
前記ポリマー接着剤は、セルロースナトリウム、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシメチルセルロースナトリウム、ヒドロキシメチルセルロースカリウム、ジアセチルセルロース、ポリアクリル酸、アルギン酸ナトリウム、スチレンブタジエンゴム、アクリルブタジエンゴム、ポリピロール、ポリアニリン、エポキシ樹脂及びグアルドガムのうちの少なくとも１種を含む、ことを特徴とする、
請求項１に記載の電気化学装置。
【請求項９】
前記正極極片は、正極集電体及び前記正極集電体の少なくとも一部の表面に形成された正極活物質層を含み、前記正極活物質層は、ナトリウム遷移金属酸化物、ポリアニオン化合物及びプルシアンブルー化合物のうちの少なくとも１種を含む正極活物質を含む、ことを特徴とする、
請求項１に記載の電気化学装置。
【請求項１０】
請求項１～９のいずれか１項に記載の電気化学装置を含む、ことを特徴とする、
電子デバイス。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０２１年６月２６日に提出された、名称が「ナトリウムイオン電池の負極極片、電気化学装置及び電子デバイス」である、中国特許出願２０２１１０７４２７９８．７の優先権を主張し、当該出願の全内容は参照により本明細書に組み込まれる。
続きを表示（約 1,300 文字）【０００２】
本願は、エネルギー貯蔵技術分野に関し、具体的には、ナトリウムイオン電池の負極極片、電気化学装置及び電子デバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
エネルギーと環境問題がますます顕著になるにつれて、新しいエネルギー産業がますます注目を集めている。リチウムイオン電池は近年、その高いエネルギー密度、優れたサイクル性能などの特徴により、重要な新しいエネルギー貯蔵装置として広く適用されている。しかし、リチウムイオン電池に関連する活物質資源の不足により、電池のコストが常に高く、同時に関連する資源の枯渇などの深刻な問題があるため、その他の低コストの金属イオン二次電池システムを開発する必要がある。
【０００４】
ナトリウムイオン電池は、その低いコスト、豊富な資源、及びリチウムイオン電池と類似している製造プロセスなどの利点により、近年注目されている研究方向になっている。しかし、現在のナトリウムイオン電池の正負極材料の低グラム容量と電圧プラットフォームに制限されるため、ナトリウムイオン電池とリチウムイオン電池とのエネルギー密度の間には常に大きい差別があり、真に商業化を実現することができない。正極材料のエネルギー密度がなかなか突破できない背景の下で、ナトリウム金属（理論比容量１１６６ｍＡｈ／ｇ）を負極として直接使用することは、電池のエネルギー密度を大幅に向上させる効果的な方法となっている。しかし、空気中のナトリウム金属の化学的安定性が低く、融点が低く（９８℃）、そしてナトリウム金属が電気化学サイクル中に樹状突起を生成しやすいという特徴により、ナトリウムイオン電池の商業化は困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらを鑑み、本願は、ナトリウム金属の電気化学サイクル中に樹状突起を生成することを効果的に抑制でき、電池のサイクル性能を向上させるナトリウムイオン電池の負極極片、電気化学装置及び電子デバイスを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１態様によれば、本願は、ナトリウムイオン電池の負極極片を提供し、前記負極極片は、負極集電体及び前記負極集電体の少なくとも一部の表面に形成された炭素材料コーティングを含み、前記炭素材料コーティングの厚さは１０μｍ以下であり、前記炭素材料コーティングは、炭素材料及びポリマー接着剤を含む。
【０００７】
幾つかの選択可能な実施形態において、前記負極極片は、以下の条件の少なくとも１つを満たす。
【０００８】
（１）前記炭素材料は、メソカーボンマイクロビーズ、黒鉛、天然黒鉛、膨張黒鉛、人造黒鉛、ガラス状炭素、炭素－炭素複合材料、炭素繊維、ハードカーボン、多孔質炭素、高配向性黒鉛、三次元黒鉛、カーボンブラック、カーボンナノチューブ及びグラフェンのうちの少なくとも１種を含む。
【０００９】
（２）前記炭素材料コーティングにおける前記炭素材料の質量比は９０％～９９％である。
【００１０】
（３）前記炭素材料コーティングにおける前記炭素材料の質量比は９４％～９７％である。
（【００１１】以降は省略されています）

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