[發(fā)明專利]一種二氧化錳/泡沫銅鈉離子電池自支撐負極的制備方法

有效

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• 申請日: 2017-04-20
• 公開（公告）號: CN107093703B
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發(fā)明（設計）人: 黃劍鋒;李瑞梓;焦冰玉;李嘉胤;何元元;黨歡;李春光;陳文卓
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: H01M4/1391
• 分類號: H01M4/1391;H01M4/80;H01M4/66;H01M4/50;H01M10/054
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 齊書田

本發(fā)明公開了一種二氧化錳/泡沫銅鈉離子電池自支撐負極的制備方法，將片狀泡沫銅用無水乙醇處理后洗凈干燥得到電極基體；然后配置一定濃度的硫酸錳溶液；再將所得溶液與泡沫銅片放入水熱反應釜，使用水熱感應加熱設備加熱保溫一定時間，即得具有三維多孔連通架狀結構的二氧化錳/泡沫銅鈉離子電池自支撐負極。

技術領域

本發(fā)明屬于鈉離子電池負極制備領域，具體涉及一種二氧化錳/泡沫銅鈉離子電池自支撐負極的制備方法。

背景技術

早在20世紀80年代，鈉離子電池和鋰離子電池同時得到研究，隨著鋰離子電池成功商業(yè)化，鈉離子電池的研究逐漸放緩。鈉和鋰屬于同一主族，具有相似的理化性質，電池充放電原理基本一致。充電時，Na⁺從正極材料中脫出，經過電解液嵌入負極材料，同時電子通過外電路轉移到負極，保持電荷平衡；放電時則相反。與鋰離子電池相比，鋰離子電池具有以下特點：鈉資源廉價、無毒且儲量豐富，分布廣泛。近年來，鋰離子電池作為高效的儲能器件被廣泛應用于便攜式電子市場，并向電動汽車、智能電網(wǎng)以及大型電力系統(tǒng)等產業(yè)擴展。從大規(guī)模儲能的應用需求來看，理想的二次電池除具有適宜的電化學性能外，還必須兼顧資源豐富、價格廉價等社會經濟效益指標。較為稀缺的鋰資源已經不能有效滿足市場的巨大需求，開發(fā)其它廉價可替代鋰離子電池的相關儲能技術非常關鍵，因此鈉離子電池再次得到人們密切關注。

根據(jù)鈉離子電池的充放電原理可以看出，電極材料是鈉離子電池技術的研究關鍵，只有研發(fā)出適于鈉離子穩(wěn)定脫嵌的正負極材料，才能推進鈉離子電池的實用化。金屬氧化物由于其可通過電化學轉換反應與鈉離子發(fā)生多電子可逆結構轉換，因此具有高的比容量，且價格低廉、環(huán)境友好，故成為研究的新熱點，是一類極具應用前景的高容量鈉離子電池負極，其中二氧化錳由于在自然界中含量豐富、價格低廉、高的理論比容量(700—1380F·g^-1)，且對環(huán)境友好，被認為是最有前景的電極材料。但二氧化錳的導電性較差且發(fā)生法拉第贗電容反應是表面反應，即僅在表面或表面很薄的一層才能發(fā)生贗電容反應，這使得二氧化錳的實際比容量僅有120-250F·g-1。將二氧化錳復合在具有大的比表面積的泡沫銅上，利用其的大比表面積和優(yōu)良的導電性能，分散二氧化錳，提高其電容利用率。目前制備電極材料二氧化錳的常用方法有水熱法、溶膠-凝膠法、沉積法、微乳液合成法。但是沉淀法合成二氧化錳存在反應過程不易控制、有副反應發(fā)生、產物純度低等缺點，水熱法合成二氧化錳存在反應溫度相對較高、反應時間較長等缺點。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種二氧化錳/泡沫銅鈉離子電池自支撐負極的制備方法，以克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷，本發(fā)明方法能夠制備出一種具有三維多孔連通納米結構、較大的比表面積和自身內阻小的鈉離子電池自支撐負極。

為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種二氧化錳/泡沫銅鈉離子電池自支撐負極的制備方法，包括以下步驟：

1)將自支撐基體片狀泡沫銅裁剪為矩形的泡沫銅片A；

2)將泡沫銅片A浸沒于丙酮中超聲清洗后再用去離子水沖洗得B；

3)將B浸沒于無水乙醇中，并在超聲環(huán)境中處理，然后干燥得C；

4)將硫酸錳溶于去離子水中，攪拌制得MnSO₄溶液D；

5)將MnSO₄溶液D轉入水熱感應釜中，放入C，其中每60mLD中加入0.15～0.45g C，將釜密封后，置于水熱感應加熱設備中，以400～600KHz的感應頻率由室溫升溫到80～160℃，并保溫1～3h，得二氧化錳/泡沫銅復合材料E；

6)將二氧化錳/泡沫銅復合材料E分別用去離子水和無水乙醇洗滌，然后干燥得到具有三維多孔架狀連通結構的二氧化錳/泡沫銅鈉離子電池自支撐負極。

進一步地，步驟1)中片狀泡沫銅厚度為1mm，泡沫銅片A的長為4cm，寬為2.5cm。