一种用软碳作负极材料的钠双离子电池的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用软碳作负极材料的钠双离子电池的制备方法，所述方法包括以下步骤：首先制备软碳负电极；再制备石墨正电极；然后制备六氟磷酸钠(NaPF6)电解液；最后将软碳负电极、石墨正电极、电解液组装成全电池。本发明专利技术采用制备过程简单，容易规模化生产的软碳作为钠双离子电池的负极材料，提供了较高的放电容量、高的放电电压平台、优异的倍率性能和良好的循环稳定性能，具有巨大的能量存储能力，为开发钠双离子电池的新型负极材料提供方向。

Preparation of sodium double ion battery using soft carbon as anode material

The invention discloses a preparation method of a sodium double ion battery with soft carbon as negative electrode. The method comprises the following steps: first preparing the soft carbon negative electrode, preparing the graphite positive electrode, and preparing the sodium six fluorophosphate (NaPF6) electrolyte; finally, the soft carbon negative electrode, the graphite positive electrode and the electrolyte are assembled into the full battery. The invention adopts the soft carbon as the negative electrode material of sodium double ion battery, which provides high discharge capacity, high discharge voltage platform, excellent multiplier performance and good cycle stability. It has great energy storage capacity, and is a new negative method for the development of sodium dual ion battery. The polar material provides the direction.

【技术实现步骤摘要】
一种用软碳作负极材料的钠双离子电池的制备方法
本专利技术涉及钠离子电池
，尤其涉及一种用软碳作负极材料的钠双离子电池的制备方法。
技术介绍
开发高能量密度、低成本的新型可充电电池体系已经受到了越来越多的关注。双离子电池(DIBs)，作为一种高能量和低成本的电能存储装置，已经被发现了几十年。通常情况下，双离子电池在充电过程通过促使阴离子和阳离子在电解液中分别嵌入到正极和负极中，放电过程则反之。目前，很多正极材料是可以让阴离子嵌入的，如各种类型的石墨、金属有机物及碳黑等都被广泛研究应用。此外，阳离子包括1-乙基-3-甲基咪唑(EMIm+)、1,2-二甲基-3-丙基咪唑(DMPI+)，四乙胺(Et4N+)，1-丁基-1-甲基吡咯(Pyr14+)已经被进行大量的研究，并尝试取代由于锂资源限制的传统Li+。然而，这些阳离子通常具有超大的离子半径，导致其在嵌入负极的过程中会引起超大的体积膨胀。此外，复杂的分子结构将增加合成步骤，增加电池的成本。因此，迫切需要开发一种可以应用于钠离子电池的具有中等离子半径和低成本的新型阳离子。钠，作为地球上最丰富的碱金属元素，与锂离子相比，由于其相对大的半径会导致无法嵌入石墨，因此很少被研究应用于钠离子电池中。截至目前，对于钠离子电池的研究仍停留在半电池，这主要是因为缺乏可以让钠离子嵌入的优良负极材料。此外，由于几乎没有关于钠双离子电池(NDIBs)负极材料的报道，钠双离子电池负极材料的原理仍然不太清楚。
技术实现思路
针对上述目前仍缺乏可以让钠离子嵌入的优良负极材料，及钠离子电池仍一直停留在半电池的研究等问题，本专利技术提供了采用软碳作为负极材料，石墨作为正极材料，1摩尔六氟磷酸钠(NaPF6)作为电解液的钠双离子电池的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种用软碳作负极材料的钠双离子电池的制备方法，所述方法包括以下步骤：制备软碳负电极；制备石墨正电极；制备六氟磷酸钠(NaPF6)电解液；将软碳负电极、石墨正电极、电解液组装成全电池。优选的，所述制备软碳负电极方法为首先将软碳负极材料：乙炔黑：羧甲基纤维素按质量比为8：0.5-2：0.5-2进行均匀混合；然后将混合物溶于乙醇：H2O的质量比为1：1-3的混合溶液中并持续搅拌5-10h；接着将软碳混合物均匀涂布到铜箔上，并在50-80℃的真空炉下干燥3-10h，得到软碳负电极。优选的，所述软碳负极材料通过苝四甲酸二酐(PTCDA)的热聚合快速合成，合成过程为将PTCDA放到真空炉中，并以5-15℃/min的升温速度升温到800-950℃，并恒温保持3-6h。优选的，所述软碳负电极中软碳活性物质的平均重量为1-2mg/cm2。优选的，所述制备石墨正电极的方法为首先将石墨正极材料：乙炔黑：羧甲基纤维素按质量比为8：0.5-2：0.5-2进行均匀混合；然后将混合物溶于乙醇：H2O的质量比为1：1-3的混合溶液中并持续搅拌5-10h；接着将石墨混合物均匀涂布到铝箔上，并在50-80℃的真空炉下干燥3-10h，得到石墨正电极。优选的，所述石墨正电极中包含平均重量为2-4mg/cm2的石墨活性物质。优选的，所述制备六氟磷酸钠(NaPF6)电解液的方法为将1摩尔NaPF6溶于碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)的混合溶液中。优选的，所述碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)的混合溶液是将EC和DMC按体积比为6：4混合而成。优选的，所述将软碳负电极、石墨正电极、电解液组装成全电池是在氩气环境(H2O<0.5ppm，O2<0.5ppm)下进行。由上述对本专利技术结构的描述可知，和现有技术相比，本专利技术具有如下优点：(1)本专利技术提供的钠双离子电池采用的软碳负极材料通过苝四甲酸二酐(PTCDA)热聚合快速合成，制备过程简单，容易规模化生产。(2)本专利技术软碳负极材料由占主导地位的碳元素和少量氧元素组成，高含量的碳使得其具有良好的导电性，同时又有利于获得高倍率性能；其结构是由骨架支柱结构和周围均匀布满条纹组成，骨架支柱结构可以提供稳定的框架的电子传输通道，而相互交联的多孔结构(中孔和大孔)可以促进电解液的浸润，同时能缓解钠化过程的电极体积膨胀；软碳负极材料的比表面积低减少了充放电过程中电极表面SEI膜的形成，获得优异的库仑效率；再者软碳负极材料的夹层距离约为0.39nm，这比石墨(0.24nm)大得多，适合于Na+嵌入与脱嵌。(3)本专利技术采用软碳作为钠双离子电池的负极材料，提供了较高的放电容量、高的放电电压平台、优异的倍率性能和良好的循环稳定性能，具有巨大的能量存储能力，为开发钠双离子电池的新型负极材料提供方向。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术一种用软碳作负极材料的钠双离子电池的制备方法的流程图；图2为本专利技术提供的软碳负极材料的表征，(a)TEM图，(b)HRTEM图，(c)XRD曲线，(d)拉曼光谱，(e)C1s的高分辨率光谱，(f)N2的吸附-脱附等温线,插图为孔径分布图；(g-i)C和O的元素映射；图3为本专利技术提供的用软碳作负极材料的钠双离子全电池以0.5mV/s扫描速率扫描的伏安曲线图；图4为本专利技术提供的用软碳作负极材料的钠双离子全电池的典型充放电曲线图，插图为相应的dQ/dV曲线图；图5为本专利技术提供的用软碳作负极材料的钠双离子全电池的倍率性能图；图6为本专利技术提供的用软碳作负极材料的钠双离子全电池在1000mA/g电流密度下的长期循环稳定性能图；图7为本专利技术提供的用软碳作负极材料的钠双离子全电池在初始阶段、充电过程、完全充电阶段，放电过程，完全放电阶段的工作原理示意图；图8为本专利技术提供的用软碳作负极材料的钠双离子全电池经过a)150次循环，b)300次循环后的软碳TEM图。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。本专利技术提供了一种采用软碳作为负极材料，石墨作为正极材料，1摩尔六氟磷酸钠(NaPF6)作为电解液的钠双离子电池的制备方法。参考图1，本专利技术所采用的制备方法包括以下步骤：S01，制备软碳负电极，首先将软碳负极材料：乙炔黑：羧甲基纤维素按质量比为8：0.5-2：0.5-2进行均匀混合；然后将混合物溶于乙醇：H2O的质量比为1：1-3的混合溶液中并持续搅拌5-10h；接着将软碳混合物均匀涂布到铜箔上，并在50-80℃的真空炉下干燥3-10h，得到软碳负电极；所述软碳负极材料通过苝四甲酸二酐(PTCDA)的热聚合快速合成，合成过程为将PTCDA放到真空炉中，并以5-15℃/min的升温速度升温到800-950℃，并恒温保持3-6h；所述软碳负电极中包含平均重量为1-2mg/cm2的软碳活性物质；S02，制备石墨正电极，首先将石墨正极材料：乙炔黑：羧甲基纤维素按质量比为8：0.5-2：0.5-2进行均匀混合；然后将混合物溶于乙醇：H2O的质量比为1：1-3的混合溶液中并持续搅拌5-10h；接着将石墨混合物均匀涂布到铝箔上，并在50-8本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用软碳作负极材料的钠双离子电池的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：制备软碳负电极；制备石墨正电极；制备六氟磷酸钠(NaPF6)电解液；将软碳负电极、石墨正电极、电解液组装成全电池。

【技术特征摘要】
1.一种用软碳作负极材料的钠双离子电池的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：制备软碳负电极；制备石墨正电极；制备六氟磷酸钠(NaPF6)电解液；将软碳负电极、石墨正电极、电解液组装成全电池。2.根据权利要求1所述一种用软碳作负极材料的钠双离子电池的制备方法，其特征在于：所述制备软碳负电极方法为首先将软碳负极材料：乙炔黑：羧甲基纤维素按质量比为8：0.5-2：0.5-2进行均匀混合；然后将混合物溶于乙醇：H2O的质量比为1：1-3的混合溶液中并持续搅拌5-10h；接着将软碳混合物均匀涂布到铜箔上，并在50-80℃的真空炉下干燥3-10h，得到软碳负电极。3.根据权利要求2所述一种用软碳作负极材料的钠双离子电池的制备方法，其特征在于：所述软碳负极材料通过苝四甲酸二酐(PTCDA)的热聚合快速合成，合成过程为将PTCDA放到真空炉中，并以5-15℃/min的升温速度升温到800-950℃，并恒温保持3-6h。4.根据权利要求2所述一种用软碳作负极材料的钠双离子电池的制备方法，其特征在于：所述软碳负电极中包含平均重量为1-2mg/cm2的软碳活性物质。5.根据权利要求1所述一种用软碳作负极材料的钠双离子电池的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：林楷睿，
申请(专利权)人：福建新峰二维材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35