一种钠离子电池负极材料的制备方法及其产品与应用技术

本发明专利技术属于钠离子电池领域，涉及一种钠离子电池负极材料的制备方法及其产品与应用。制备方法包括(1)制备氧化石墨烯水溶液，按照一定配料比将腐植酸钠加入到氧化石墨烯水溶液中；(2)搅拌，烘干，然后在氢气或氢气与惰性气体的混合气体氛围下进行还原反应，由此得到一种钠离子电池负极材料。该负极材料可以用于制备相应的正极极片并进一步地应用到钠离子电池中。该负极材料具有优异的电化学性能，良好的质量比容量与倍率性能，且制备方法简单，可直接使用商品化的腐殖酸钠，操作条件温和，易于实现工业化。

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池负极材料的制备方法及其产品与应用
本专利技术属于钠离子电池领域，更具体地，涉及一种钠离子电池负极材料及其制备方法与应用。
技术介绍
随着可再生能源的开发与利用，不连续性与区域差异大的缺点越来越影响到其大规模应用，所以能量的存储就变得十分重要。现在，商业使用的能量存储装置主要是铅酸、锂离子电池，铅酸电池由于污染环境逐渐失去主导地位，锂离子电池由于全球锂资源的分布不均与储量不丰富，其成本一直居高不下。而此时，锂离子电池原理相近的钠离子电池，由于资源丰富、成本低廉且电化学性能优异，越来越得到广泛的关注。目前，已经商业化的锂离子电池负极材料石墨并不能有效地应用于钠离子电池，开发一种低成本且性能不错的钠离子电池负极材料是目前亟待解决的一个问题。硬碳与无机电极材料的质量比容量很高，但是同时具有循环性能差、环境不友好和成本高的缺点，因此越来越多的科研工作者将目光聚焦于有机电极材料的制备。有机电极材料具备环境友好、储量丰富、结构多样的特点，有望成为传统无机材料的理想替代者，目前主要分为四大类：有机硫化物、氮氧自由基聚合物、共轭羰基化合物和有机导电聚合物。就综合电化学性能而言，羰基化合物具有最为全面的优异的电化学性能。但是大多数具有电化学活性的羰基化合物容易溶解在有机电解液中，这会导致电池性能的逐渐衰减，并且有些羰基化合物制备过程复杂，提纯困难，成本高。因此，找到一种低成本且电化学性能好的电极材料作为钠离子电池负极材料是目前钠离子电池需要解决的一个问题。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种钠离子电池负极材料的制备方法及其产品与应用，该负极材料成本低廉、制作简单，是一种电化学性能优异的钠离子电池负极材料。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种钠离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：(1)制备浓度为1mg/mL-20mg/mL的氧化石墨烯水溶液，按照下述配料比将腐植酸钠加入到氧化石墨烯水溶液中，得到混合物，其中，腐植酸钠的质量百分比为50％-95％，氧化石墨烯的质量百分比为5％-50％；(2)将步骤(1)中混合物搅拌均匀，60℃-200℃下烘干，然后在氢气或氢气与惰性气体的混合气体氛围下进行还原反应，反应温度被控制为100℃-300℃，反应时间被控制为1h-48h，由此得到粉末状的钠离子电池负极材料。腐植酸钠与石墨烯复合，两者之间具有π-π相互作用，一方面腐殖酸钠可以减少石墨烯的堆叠，避免两者之间的团聚、促进复合，另一方面，石墨烯提高了腐殖酸钠的电子导电性与离子导电性。在制备过程中，直接使用商品化、不需提纯的腐植酸钠，通过简单地混合与还原，便可得到这种钠离子电池负极材料，制备方法简单。优选地，氧化石墨烯水溶液的浓度为2mg/mL-10mg/mL，进一步优选地，氧化石墨烯水溶液的浓度为5mg/mL。优选地，步骤(2)中烘干温度为70℃-150℃，进一步优选地，烘干温度为80℃。优选地，步骤(2)中还原反应温度为150℃-250℃，还原反应时间为1.5h-24h，进一步优选地，还原反应温度为200℃，还原反应时间为2h。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种钠离子电池负极材料，该负极材料由上述制备方法制备得到。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种钠离子电池正极极片，包括集流体和涂覆在集流体上的由上述制备方法制得的负极材料。优选地，正极极片还包括导电剂和粘结剂，负极材料、导电剂和粘结剂的质量百分比为：50wt％-99wt％:0.1wt％-30wt％:0.1wt％-30wt％；导电剂为炭黑、乙炔黑、天然石墨、碳纳米管、石墨烯和碳纤维中的一种或多种；粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚氨酯、聚丙烯酸、聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯基醚、聚酰亚胺、苯乙烯-丁二烯共聚物和羧甲基纤维素钠中的一种或多种。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种钠离子电池，该钠离子电池采用上述制备方法制备得到的负极材料。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种钠离子电池，该钠离子电池采用腐植酸钠作为负极材料。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、本专利技术开拓性地将腐植酸钠应用到钠离子电池材料当中，制备得到的负极材料具有优异的电化学性能，良好的质量比容量与倍率性能，是一种潜在的钠离子电池负极材料。2、腐殖酸钠是一种小分子，化学成分简单，不溶于有机电解液，因而不会导致电池性能的衰减，同时可以直接使用商品化的腐植酸钠作为负极材料，成本低廉。3、该负极材料成分简单，只包括腐植酸钠和石墨烯两种主要成分，腐植酸钠具有可再生、成本低廉、环保和资源丰富的特点，因此该负极材料的商业化潜能巨大。4、该负极材料的制备方法简单，可直接使用商品化的腐殖酸钠，只需简单混合即可得到该负极材料，操作条件温和，易于实现工业化。附图说明图1是钠离子电池负极材料的制备流程图；图2是腐植酸钠与实施例1所制备的钠离子电池负极材料的傅里叶变换红外光谱(FT-IR)；图3是腐植酸钠与实施例1所制备的钠离子电池负极材料的扫描电镜图(SEM)；图4是实施例4、5和6所制备的钠离子电池负极材料的扫描电镜图(SEM)；图5是实施例2和3所制备的钠离子电池负极材料的扫描电镜图(SEM)；图6是腐植酸钠与实施例1所制备的钠离子电池负极材料的循环伏安曲线；图7是腐植酸钠与实施例1、2、3、4、5和6所制备的钠离子电池负极材料在100mA/g的电流密度下的循环性能。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图1展示了钠离子电池负极材料的制备流程，具体实施例如下。钠离子电池负极材料的制备负极材料制备实施例1称取900mg腐植酸钠，与20ml浓度为5mg/ml的氧化石墨烯水溶液混合，搅拌混合均匀后，放入烘箱在80℃的温度下干燥得到混合物；在通氩气氢气混合气的条件下，200℃下还原2h，得到钠离子电池负极材料。如图2所示，展示了腐植酸钠与钠离子电池负极材料的傅里叶变换红外光谱(FT-IR)，证实了负极材料里腐植酸钠与石墨烯的存在。图3给出了腐植酸钠和实施例1的钠离子电池负极材料的扫描电镜图(SEM)，其中，(a)(b)为腐植酸钠的SEM图，(c)(d)为钠离子电池负极材料的SEM图；由图可知，与单纯的腐植酸钠相比，与石墨烯复合之后，片状变大，并且表面呈现片层状，说明腐植酸钠与石墨烯结合得较好。负极材料制备实施例2称取950mg腐植酸钠，与10ml浓度为5mg/ml的氧化石墨烯水溶液混合，搅拌混合均匀后，放入烘箱在80℃的温度下干燥得到混合物；在通氩气氢气混合气的条件下，200℃下还原2h，得到钠离子电池负极材料。负极材料制备实施例3称取800mg腐植酸钠，与40ml浓度为5mg/ml的氧化石墨烯水溶液混合，搅拌混合均匀后，放入烘箱在80℃的温度下干燥得到混合物；在通氩气氢气混合气的条件下，200℃下还原2h，得到钠离子电池负极材料。负极材料制备实施例4称取700mg腐植酸钠，与60ml浓度为5mg/ml的氧化石墨烯水溶液混合，搅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)制备浓度为1mg/mL‑20mg/mL的氧化石墨烯水溶液，按照下述配料比将腐植酸钠加入到所述氧化石墨烯水溶液中，得到混合物，其中，所述腐植酸钠的质量百分比为50％‑95％，所述氧化石墨烯的质量百分比为5％‑50％；(2)将步骤(1)中所述混合物搅拌均匀，60℃‑200℃下烘干，然后在氢气或氢气与惰性气体的混合气体氛围下进行还原反应，反应温度被控制为100℃‑300℃，反应时间被控制为1h‑48h，由此得到粉末状的所述钠离子电池负极材料。

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)制备浓度为1mg/mL-20mg/mL的氧化石墨烯水溶液，按照下述配料比将腐植酸钠加入到所述氧化石墨烯水溶液中，得到混合物，其中，所述腐植酸钠的质量百分比为50％-95％，所述氧化石墨烯的质量百分比为5％-50％；(2)将步骤(1)中所述混合物搅拌均匀，60℃-200℃下烘干，然后在氢气或氢气与惰性气体的混合气体氛围下进行还原反应，反应温度被控制为100℃-300℃，反应时间被控制为1h-48h，由此得到粉末状的所述钠离子电池负极材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯水溶液的浓度为2mg/mL-10mg/mL，进一步优选地，所述氧化石墨烯水溶液的浓度为5mg/mL。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中烘干温度为70℃-150℃，进一步优选地，所述步骤(2)中烘干温度为80℃。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中还原反应温度为150℃-250℃，反应时...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡先罗，吴大贝，黄云辉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42