一种钠离子电池泡沫石墨烯负极的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钠离子电池泡沫石墨烯负极的制备方法，该方法以三维泡沫铝为模板、NaOH溶液为腐蚀剂，在泡沫铝模板上电泳沉积石墨烯，之后采用NaOH溶液腐蚀去除泡沫铝制备具有贯通多孔结构的泡沫石墨稀材料，该石墨烯材料可用于钠离子电池负极。该方法制备得到的泡沫石墨烯呈现三维多孔结构，具有贯穿的、均匀分布的孔洞，该电极材料具有较高的比表面积，该制备方法生产成本低、制备工艺简单、没有废液污染、绿色环保，采用NaOH腐蚀泡沫铝去除模板，不会产生金属离子，提高了泡沫石墨烯电极的纯度，采用电泳法沉积石墨烯层，可实现石墨烯在模板上的充分附着，该方法可用于泡沫石墨烯电极的批量生产。

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池泡沫石墨烯负极的制备方法
本专利技术涉及一种钠离子电池负极材料领域，尤其涉及一种钠离子电池用泡沫石墨烯负极材料制备方法。
技术介绍
近年来，随着电子设备、电动工具、小功率电动汽车等迅猛发展，研究高效能、资源丰富以及环境友好的储能材料及器件是人类社会实现可持续发展的必要条件。目前主要的储能器件为锂离子电池，但锂资源储量有限且价格较高，这极大地限制了其在智能电网和可再生能源等大规模储能体系的应用。钠是地球上储量较为丰富的元素之一，其与锂的化学性质类似。因此钠离子电池与锂离子电池相类似，也是一种很有应用前景的电池材料。与锂离子电池相比，钠离子电池具有成本低、安全性能好等突出优势，因此有望在未来取代锂离子电池而被广泛应用。石墨烯具有丰富的表面活性位以及较高的理论比容量，极具成为实用化和商业化钠离子电池电极的潜力。但是石墨烯作为一种平面二维材料，片层之间十分容易堆叠，造成比表面积和孔体积大大减少，不利于钠离子电池容量、能量密度的提高，且稳定性较差，长时间使用容易脱落，严重影响了其作为电池电极材料的应用。泡沫石墨烯材料可以很好地克服这个问题，因为它增大了电极比表面积，提高了石墨烯网络的电导率，并且具有有利于电解液中离子传输的多孔通道。目前多采用模板法制备泡沫状三维石墨烯材料，该方法可以生产具有清晰有形结构的三维多孔石墨烯网络。目前常用的模板法制备石墨烯泡沫多采用泡沫基材为模板，采用高温烧结或者腐蚀液去除模板得到石墨烯泡沫，但对于有机泡沫基材，其上石墨烯多采用CVD法制备，该方法设备复杂，成本较高，且不易制备大面积材料，腐蚀液刻蚀模板常用于泡沫金属类模板，如采用盐酸、硫酸等酸溶液或者FeCl3等刻蚀去除模板，但对于金属模板，酸或者氧化性盐处理会产生金属离子，由于石墨烯泡沫多孔结构，会对金属离子产生较强的吸附，在电极材料中存在较多的金属离子，而当石墨烯泡沫用于电极材料时，内部吸附的金属离子不利于电荷的传输，影响点出效率。同时腐蚀液处理过程中会产生大量废液污染，不利于产业化应用。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术的不足，提供一种钠离子电池泡沫石墨烯负极的制备方法，以三维泡沫铝为模板、以1-5M的NaOH溶液为腐蚀剂，在泡沫铝模板上电泳沉积石墨烯，之后采用NaOH溶液腐蚀去除泡沫铝制备具有贯通多孔结构的泡沫石墨稀负极材料。该制备方法包括如下步骤：(1)将泡沫铝依次采用稀盐酸、丙酮、乙醇进行清洗，然后用去离子水冲洗干净后晾干放置；(2)将石墨烯颗粒分散在去离子水中，超声，得到浓度为0.5-5mg/mL的石墨烯分散液，按石墨烯：氯化钠的质量比为1：(10-50)，向上述石墨烯分散液中加入氯化钠，超声处理使得氯化钠充分溶解，静置5-10h，得到电泳溶液；(3)以静置之后的石墨烯分散液为电泳液，以Pt片为正极和以清洗干净的以泡沫铝为负极，采用电泳沉积的方法在正负极间施加10-80V/cm的电场，电泳沉积20-100分钟；再将沉积了石墨烯涂层的泡沫铝基体，真空干燥得到产品；(4)将上述产品浸没在NaOH腐蚀剂中，水浴加热到30-70℃，保温3-24h，直至泡沫金属完全溶解，将产物取出，用去离子水冲洗、烘干，即可得到泡沫石墨烯电极。本专利技术中制备的电极具有较大的比表面积，可用于钠离子电池负极材料，可显著提高电池能量密度。本专利技术一个较佳实施例中，泡沫铝去除反应水浴温度为50℃，保温13h。本专利技术解决了
技术介绍
中存在的缺陷，本专利技术具备以下有益效果：(1)本专利技术利用了泡沫铝的三维立体结构以及易腐蚀的特点，制备出超高比表面积的泡沫状三维结构的石墨烯，石墨烯采用电泳方法制备，设备简单易于操作；不需要高温热处理，能耗较低。(2)本专利技术制备得到的钠离子电池泡沫石墨烯负极，具有分布均匀的气孔结构，可有效提高电极比表面积、提高了石墨烯网络的电导率，具有有利于电解液中离子传输的多孔通道，使电极具有高的比电容。(3)本专利技术采用泡沫铝为模板、稀氢氧化钠溶液为腐蚀液，可实现泡沫铝的完全去除且不会产生金属离子，有效的提高了石墨烯电极的纯度，减少了污染，同时可以提高电极中电荷传输速率，利与电池能量密度的提高。同时该方法具有成本低、制备工艺简单且绿色环保等特点，尤其适用于三维石墨烯材料的批量生产附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明；图1是本专利技术实施例1制备的泡沫状三维石墨烯电极材料的SEM图。具体实施方式现在结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本专利技术的基本结构，因此其仅显示与本专利技术有关的构成。实施例1采用如下方法制备电极材料：(1)将泡沫铝依次采用稀盐酸、丙酮、乙醇进行清洗，然后用去离子水冲洗干净后晾干放置；(2)将石墨烯颗粒分散在去离子水中，超声，得到浓度为0.5mg/mL的石墨烯分散液，按石墨烯：氯化钠的质量比为1：10，向上述石墨烯分散液中加入氯化钠，超声处理使得氯化钠充分溶解，静置5-10h，得到电泳溶液；(3)以静置之后的石墨烯分散液为电泳液，以Pt片为正极和以清洗干净的以泡沫铝为负极，采用电泳沉积的方法在正负极间施加10V/cm的电场，电泳沉积20分钟；再将沉积了石墨烯涂层的泡沫铝基体，真空干燥得到产品；(4)将上述产品浸没在NaOH腐蚀剂中，水浴加热到30℃，保温3h，直至泡沫金属完全溶解，将产物取出，用去离子水冲洗、烘干，即可得到泡沫石墨烯电极。图1为本专利技术实施例1制备的泡沫石墨烯电极材料的SEM图。由图可知，本实施例制得的石墨烯为三维结构，具有泡沫状主体，泡沫主体内均匀分布有气孔，经测试发现本实施例中泡沫状三维石墨烯电极材料BET为3000m2/g，实施例2采用如下方法制备电极材料：(1)将泡沫铝依次采用稀盐酸、丙酮、乙醇进行清洗，然后用去离子水冲洗干净后晾干放置；(2)将石墨烯颗粒分散在去离子水中，超声，得到浓度为5mg/mL的石墨烯分散液，按石墨烯：氯化钠的质量比为1：50，向上述石墨烯分散液中加入氯化钠，超声处理使得氯化钠充分溶解，静置5-10h，得到电泳溶液；(3)以静置之后的石墨烯分散液为电泳液，以Pt片为正极和以清洗干净的以泡沫铝为负极，采用电泳沉积的方法在正负极间施加80V/cm的电场，电泳沉积100分钟；再将沉积了石墨烯涂层的泡沫铝基体，真空干燥得到产品；(4)将上述产品浸没在NaOH腐蚀剂中，水浴加热到70℃，保温24h，直至泡沫金属完全溶解，将产物取出，用去离子水冲洗、烘干，即可得到泡沫石墨烯电极。实施例3采用如下方法制备电极材料：(1)将泡沫铝依次采用稀盐酸、丙酮、乙醇进行清洗，然后用去离子水冲洗干净后晾干放置；(2)将石墨烯颗粒分散在去离子水中，超声，得到浓度为2mg/mL的石墨烯分散液，按石墨烯：氯化钠的质量比为1：30，向上述石墨烯分散液中加入氯化钠，超声处理使得氯化钠充分溶解，静置5-10h，得到电泳溶液；(3)以静置之后的石墨烯分散液为电泳液，以Pt片为正极和以清洗干净的以泡沫铝为负极，采用电泳沉积的方法在正负极间施加50V/cm的电场，电泳沉积50分钟；再将沉积了石墨烯涂层的泡沫铝基体，真空干燥得到产品；(4)将上述产品浸没在NaOH腐蚀剂中，水浴加热到45℃，保温12h，直至泡沫金属完全溶解，将产物取出，用去离子水冲洗、烘干，即可得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钠离子电池泡沫石墨烯负极的制备方法，其特征在于：该方法以三维泡沫铝为模板、NaOH溶液为腐蚀剂，在泡沫铝模板上电泳沉积石墨烯，之后采用NaOH溶液腐蚀去除泡沫铝制备具有贯通多孔结构的泡沫石墨稀负极材料。

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池泡沫石墨烯负极的制备方法，其特征在于：该方法以三维泡沫铝为模板、NaOH溶液为腐蚀剂，在泡沫铝模板上电泳沉积石墨烯，之后采用NaOH溶液腐蚀去除泡沫铝制备具有贯通多孔结构的泡沫石墨稀负极材料。2.根据权利要求1所述的一种钠离子电池泡沫石墨烯负极的制备方法，其特征在于：所述NaOH溶液浓度为1-5M。3.根据权利要求1所述的一种钠离子电池泡沫石墨烯负极的制备方法，其特征在于：电泳液采用如下方法制备：(1)将石墨烯颗粒分散在去离子水中，超声，得到浓度为0.5-5mg/mL的石墨烯分散液；(2)按石墨烯：氯化钠的质量比为1：(10-50)，向步骤(1)得到的石墨烯分散液中加入氯化钠，超声处理使得氯化钠充分溶解；(3)静置5-10h。4.根据权利要求1所述的一种钠离子电池泡沫石墨烯负极...

【专利技术属性】
技术研发人员：李莉，
申请(专利权)人：佛山市瑞生海特生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44