[發(fā)明專利]一種用作鈉電池負(fù)極的Na2Zn3O7&rGO材料的制備方法

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• 申請日: 2017-08-08
• 公開（公告）號: CN107394182A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧榮紅
• 申請（專利權(quán)）人: 盧榮紅
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/62;H01M10/054;B82Y30/00
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鈉電池領(lǐng)域，尤其涉及一種用作鈉電池負(fù)極的Na2Zn3O7&rGO材料的制備方法。

背景技術(shù)

目前正在開發(fā)的可再生清潔能源有風(fēng)能、太陽能等，它們都屬于間歇性能源，如果將其產(chǎn)生的間歇性的的電能并入電網(wǎng)，會干擾電網(wǎng)的正常運(yùn)行。因此開發(fā)出滿足大規(guī)模儲能應(yīng)用的新型儲能技術(shù)已成為世界范圍內(nèi)的研究熱點(diǎn)。其中，電化學(xué)儲能是主要儲能技術(shù)之一。電化學(xué)儲能技術(shù)與其他儲能方式相比具有效率高、投資少、使用安全等特點(diǎn)，最符合當(dāng)今能源的發(fā)展方向。化學(xué)儲能電池中，目前，鈉離子電池、鉛酸電池等化學(xué)電池已實(shí)現(xiàn)廣泛的應(yīng)用。鈉。

電池由于其能量密度高、工作電壓高、無記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命長是發(fā)展前景最為明朗的高能化學(xué)儲能電池體系，但是仍然面臨著電池安全、循環(huán)壽命和成本等方面的限制；鉛酸電池壽命太短，液流電池能量密度過低，因此它們都無法實(shí)現(xiàn)在大規(guī)模儲能系統(tǒng)方面的廣泛應(yīng)用。

而鈉電池則擁有著原材料來源廣泛、制造成本低、安全性高、易于大規(guī)模成組應(yīng)用等特點(diǎn)，是大規(guī)模電力儲能系統(tǒng)的最佳選擇。鈉離子電池的組成包括正極、負(fù)極、隔膜和電解液。負(fù)極由碳或可嵌鈉材料組成。負(fù)極是鈉離子電池中最為復(fù)雜的部分之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對鈉離子電池發(fā)展的實(shí)際需求和現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，擬提供一種用作鈉電池負(fù)極的Na2Zn3O7&rGO材料的制備方法。

本發(fā)明提供制備用作鈉電池負(fù)極的Na2Zn3O7&rGO材料，Na2Zn3O7呈納米線狀，無序交織，納米線的直徑約20-30納米、長度約5μm-120μm；同時(shí)，這些Na2Zn3O7納米線均勻地嵌入到石墨烯構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)、Na2Zn3O7納米線和石墨烯片一起形成一個三維多孔的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。本發(fā)明制備的用作鈉電池負(fù)極的Na2Zn3O7&rGO材料的此種微觀結(jié)構(gòu)，具有高的孔隙率、良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和機(jī)械性能，這可以減緩在電池工作期間的體積變化的機(jī)械應(yīng)力釋放、增強(qiáng)電池性能穩(wěn)定性。

本發(fā)明還提供了上述用作鈉電池負(fù)極的Na2Zn3O7&rGO材料的制備方法，具體步驟如下：

一定量的Zn(NO₃)₂·6H₂O與NH₄NO₃溶解于二甲氧基乙醇溶劑中，加入一定量的乙酰丙酮、氨水溶液配成前驅(qū)體溶液，在常溫下攪拌12～24h后陳化制得所需的溶膠；往溶膠中加入15MNaOH水溶液，兩者混合在聚四氟乙烯容器，其中Zn(NO₃)₂·6H₂O與NaOH加入的比例為Zn和Na的摩爾濃度3:2；被攪拌10分鐘后，密封在一個不銹鋼高壓釜中，并在180-200℃加熱12小時(shí)的烘箱中進(jìn)行熱反應(yīng)，生成Na2Zn3O7沉淀；用去離子水對Na2Zn3O7沉淀反復(fù)洗滌，制得PH值約6-7、濃度約為3毫克/毫升的Na2Zn3O7溶液；

將氧化石墨烯(GO)采用Hummers法合成鱗片石墨；然后，將它溶解在乙醇中濃度為 0.5-1.5毫克/毫升；將其與上述Na2Zn3O7溶液混合均勻，攪拌30min-1小時(shí)，然后將溶液混合物轉(zhuǎn)移到內(nèi)襯為聚四氟乙烯的不銹鋼高壓釜中，加熱到200℃，并保持為10小時(shí)；

將Na2Zn3O7/rGO復(fù)合材料放入爐管中，通入氮?dú)猓郎刂?00-400℃，保溫2-3小時(shí)，進(jìn)行退火處理；之后自然冷卻至室溫，制得Na2Zn3O7/rGO復(fù)合材料。

本發(fā)明制得的Na2Zn3O7&rGO材料的此種微觀結(jié)構(gòu)，應(yīng)用在鈉離子電池中，具有高的孔隙率、良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和機(jī)械性能，這可以減緩在電池工作期間的體積變化的機(jī)械應(yīng)力釋放、增強(qiáng)電池性能穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1制得的Na2Zn3O7/rGO材料的掃描電鏡圖.

圖2為實(shí)施例1制得Na2Zn3O7/rGO材料為鈉電池負(fù)極材料時(shí)，在200mA/g的電流密度下的充放電曲線。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。

實(shí)施例1