[發明專利]一種氧化鋅/碳多孔復合材料為負極制備鈉離子電池的方法

有效

• 申請號: 201710541005.9
• 申請日: 2017-07-05
• 公開（公告）號: CN107240694B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 邢政;吳璇;趙偉;趙宇龍;強穎懷;蔡佩君
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/054;H01M10/058
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

一種氧化鋅/碳多孔復合材料為負極制備鈉離子電池的方法，鈉離子電池的制備方法。鈉離子電池的制備方法，首先制備鈉離子電池負極材料，采取高溫固相燒結合的方法，制備過程中，調控反應過程中條件，得到氧化鋅/碳多孔復合材料，并將氧化鋅/碳多孔復合材料作為鈉離子電池的負極材料，制得鈉離子電池；氧化鋅/碳復合材料的制備：將鋅鹽與水溶性聚合物攪拌混合，質量比1：(3～17)，加入去離子水攪拌，經真空冷凍干燥，在真空管式爐中充入惰性氣體進行鍛燒，煅燒溫度為500～1000℃，結束后冷卻至室溫，得到的黑色產物經去離子水反復洗滌后抽濾，冷凍干燥，獲得具有納米多孔結構的氧化鋅/碳復合負極材料。優點：原料廉價，制備簡單。

技術領域

本發明涉及鈉離子電池的制備方法，特別涉及一種氧化鋅/碳多孔復合材料為負極制備鈉離子電池的方法。

背景技術

隨著混合動力汽車以及移動電子設備的不斷發展，鋰離子電池由于其比能量高、循環性穩定、工作電壓高、使用壽命長和環境污染小等優點而備受關注。然而，由于鋰元素在地殼中的元素含量相對較少，因此有必要開發一種新型的電池體系。目前，鈉離子電池由于豐富的儲量、低成本、環境友好等優點成為最有可能替代鋰離子電池的二次電池。石墨材料是鋰離子電池應用最成熟的負極材料，目前商業化鋰離子電池負極材料也大都是石墨負極。然而鈉離子在石墨中的嵌入量很少，僅能達到35mAh/g，遠遠小于鋰離子嵌入石墨的容量，其主要是由于鈉離子(半徑約0.113nm)的大小與石墨層間距(0.3354nm)的不匹配所致。因此，單純的采用石墨作為鈉離子電池負極是不可行的。

作為過渡金屬氧化物，氧化鋅是一種常用的化學添加劑，廣泛地應用于塑料、硅酸鹽制品、合成橡膠、潤滑油、油漆涂料、藥膏等產品的制作中。其理論容量高，具有良好的化學穩定性和環境友好性，使其成為很有希望的鈉離子電池負極材料。但氧化鋅在充放電過程中，形成ZnNa合金，導致嚴重的體積效應，使其容量急速衰減。

發明內容

本發明目的是要提供一種所用的原料廉價，制備簡單的氧化鋅/碳多孔復合材料為負極制備鈉離子電池的方法。

本發明的目的是這樣實現的：本發明的鈉離子電池的制備方法，首先制備鈉離子電池負極材料，采取高溫固相燒結合的方法，制備過程中，調控反應過程中條件，實現對氧化鋅/碳多孔結構材料的廉價、便利化合，得到氧化鋅/碳多孔復合材料，并將氧化鋅/碳多孔復合材料作為鈉離子電池的負極材料，制得鈉離子電池。

鈉離子電池的制備方法，具體步驟是：

(1)分別稱取重量比為X:(9-X):1，7≤X≤8的氧化鋅/碳多孔復合材料、炭黑和聚偏氟乙烯；將聚偏氟乙烯加入到N-甲基吡咯烷酮，配成質量分數為2～5％的溶液，攪拌60min～180min，使其充分溶解，并呈無色透明狀，配成聚偏氟乙烯源溶液；隨后在聚偏氟乙烯源溶液中加入稱量好的經過120～300min球磨的氧化鋅/碳多孔復合材料和炭黑混合，并繼續球磨120～300min得混合料，隨后將混合料在銅箔集流體上均勻涂布；制得的電極片在50±5℃下干燥6-20h后，用模具壓切成圓片，并用壓片機在10～15MPa下保壓3～5秒，以提高電極顆粒均勻性，防止充放電過程中發生脫片，接著真空干燥10h，溫度100±20℃，然后放進手套箱中備用；

(2)在充滿氬氣的環境中，以金屬鈉為對電極，玻璃纖維膜為隔膜，電解液為(0.8～1)mol/L的高氯酸鈉溶解在碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯按體積比為(1～3):1的混合溶液中，組裝成扣式電池，最后對扣式電池進行恒流充放電容量和循環性能測試。

氧化鋅/碳多孔復合材料制備方法，其包括以下步驟：

(1)將鋅源緩慢加入到20mL去離子水中，使其完全溶解，配制成溶液，接著緩慢加入碳源，再加入300mL去離子水，使其發生膨脹，利用真空冷凍使其干燥，得到白色混合料；其中碳源和鋅源按質量比為(3～17)：1；