一种对苯二甲酸二钠基钠离子电池负极材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及能源储能材料技术领域，具体涉及一种对苯二甲酸二钠基钠离子电池负极材料、制备方法及其应用，将对苯二甲酸二钠水溶液滴加到多壁碳纳米管的乙醇溶液中，所得沉淀置于真空干燥箱中进行干燥，最终得到一种具有优异储钠性能和倍率性能的钠离子电池负极材料；本发明专利技术所制备的对苯二甲酸二钠基钠离子电池负极材料，采用反溶剂法，制备方法和条件简单，可用于钠离子电池有机负极材料，且在实际应用过程中具有操作简单、生产成本低和储能容量高的优点；此外，该发明专利技术所用到的制备方法可以延伸至用于将其它有机物与导电添加物的复合，增大有机材料的改性路径，扩大有机绿色材料在实际储能应用生产中的范围。储能应用生产中的范围。储能应用生产中的范围。

【技术实现步骤摘要】
一种对苯二甲酸二钠基钠离子电池负极材料、制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及能源储能材料
，具体涉及一种对苯二甲酸二钠基钠离子电池负极材料、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]随着电化学储能与转换技术产业的不断发展，我们对储能电池的需求也在逐渐增加。锂离子电池由于其高能量密度和长循环寿命成为储能市场上最成功的二次电池，已经被广泛地应用于各种电子设备和电动汽车行业。然而，锂离子电池所需要的锂资源在地壳中分布不均且难以获取，导致锂材料的价格相对较高，这就限制了其未来的发展。和锂不同的是，钠资源广泛地分布在地壳和海洋中，获取方法简单，成本低。除此之外，锂和钠属于同一主族元素，具有相似的物理化学性质，且二者各自对应的离子电池具有相似的充放电机理。因此，钠离子电池被认为是锂离子电池最有希望的替代品，进行大规模储能应用。然而，钠离子电池传统的负极材料在应用过程中会存在一定的局限性和不足之处。例如，合金类材料和转换类材料能表现出较大的储钠容量，但钠离子在嵌入和脱出过程中，会使材料的体积和结构产生变化，降低循环寿命。而基于插层反应机理的碳基材料和钛基材料虽然拥有出色的循环稳定性，但由于材料有限的储钠位点和过多的空隙，导致其比能量和能量密度较低。这些无机材料的大量使用不仅会使生产成本升高，而且还会对环境产生危害。因此，开发出一种对环境友好和可持续发展的负极材料是十分有必要的。
[0003]经检索，中国专利技术专利CN201310414837.6公开了钠离子电池有机负极材料，该申请方案中钠离子电池有机负极材料的活性物质为对苯二甲酸盐或不同对苯二甲酸盐的混合物，所述对苯二甲酸盐的化学组成为C8H4O4.Rx；其中，R为Li、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Ni、Cu、Sn、Fe、Zn、Cr、Al或Mn，x为2/7、1/3、2/5、1/2、2/3、1或2。该申请方案的负极材料中使用了大量的金属离子，对环境有危害且生产成本高，不利于绿色能源的发展。
[0004]对苯二甲酸二钠是一种有机共轭羧酸盐，由苯环和共轭的活性基团构成。作为负极材料时，可以实现多电子反应，通过羰基的烯醇化反应进行钠离子的存储，具有较大的储存容量。目前以对苯二甲酸二钠为基底材料，通过多壁碳纳米管进行复合形成有机复合材料来充当钠离子电池负极，目前尚未见相关文献报道。
[0005]鉴于上述缺陷，本专利技术创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于解决如何以对苯二甲酸二钠为基底材料，通过多壁碳纳米管进行复合形成有机复合材料来充当钠离子电池负极的问题，提供了一种对苯二甲酸二钠基钠离子电池负极材料、制备方法及其应用。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术公开了一种对苯二甲酸二钠基钠离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1，将对苯二甲酸和氢氧化钠按比例加入乙醇溶液中，搅拌得到对苯二甲酸二钠；
[0009]S2，将步骤S1所得的对苯二甲酸二钠溶于去离子水中，搅拌得到对苯二甲酸二钠溶液；
[0010]S3，将多壁碳纳米管分散在乙醇溶液中，在超声机中边搅拌边超声，得到多壁碳纳米管的乙醇溶液；
[0011]S4，将步骤S2中得到的对苯二甲酸二钠水溶液滴加到步骤S3中得到的多壁碳纳米管的乙醇溶液中，搅拌得到黑色沉淀，真空干燥。
[0012]所述步骤S1中苯二甲酸和氢氧化钠的质量比为1：2～1：2.5。
[0013]所述步骤S1中搅拌温度为45～55℃，搅拌时间为300～480min，搅拌速度为200～400r/min。
[0014]所述步骤S2中对苯二甲酸二钠溶液的质量分数为60～80％。
[0015]所述步骤S3中的多壁碳纳米管和乙醇的固液比为1g：50mL～1g：70mL。
[0016]所述步骤S3中的超声时间为10～40min。
[0017]所述步骤S4中真空干燥温度为50～75℃。
[0018]本专利技术还公开了采用上述制备方法制得的对苯二甲酸二钠基钠离子电池负极材料以及这种对苯二甲酸二钠基钠离子电池负极材料在纽扣电池中的应用。
[0019]本专利技术中制得的对苯二甲酸二钠基钠离子电池负极材料的改性原理如下由于对苯二甲酸二钠不溶于无水乙醇，而乙醇则易溶于水，因此，在将对苯二甲酸二钠水溶液滴加入到多壁碳纳米管的乙醇溶液剂中时，对苯二甲酸二钠将从水溶液中以沉淀方式析出，在析出过程中，由于多壁碳纳米管的存在，对苯二甲酸二钠将优先附着在多壁碳纳米管表面形成复合物，多壁碳纳米管在乙醇溶液中并不能均匀的分散开来，因此本专利技术采用超声和搅拌相结合的方式对多壁碳纳米管在乙醇溶液中均匀的分散进行优化。
[0020]与现有技术比较本专利技术的有益效果在于：
[0021]1、本专利技术通过在乙醇溶液中一步合成对苯二甲酸二钠基钠离子电池负极材料，原材料获取成本低，制备方法简单，可以在其他有机材料上进行应用，有助于推广绿色化学能源的进展；
[0022]2、本专利技术使用对苯二甲酸二钠与多壁碳纳米管进行复合，制备得到的对苯二甲酸二钠基钠离子电池负极材料具有较小的电荷转移阻抗和较大的钠离子扩散系数，而较小的电荷转移阻抗和较大的离子扩散系数促进了复合材料在充放电过程中的钠离子扩散动力学，使得其具有优秀的电化学性能。
附图说明
[0023]图1为三种不同配方制备的对苯二甲酸二钠基钠离子电池负极材料组装的成纽扣电池进行循环性能测试的实验结果图；
[0024]图2为对苯二甲酸二钠的SEM图；
[0025]图3为实施例2制得的对苯二甲酸二钠基钠离子电池负极材料的SEM图；
[0026]图4为对苯二甲酸二钠和实施例2制得的对苯二甲酸二钠基钠离子电池负极材料的Nyquist图；
[0027]图5为对苯二甲酸二钠和实施例2制得的对苯二甲酸二钠基钠离子电池负极材料
的钠离子扩散拟合直线图。
具体实施方式
[0028]以下结合附图，对本专利技术上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
[0029]实施例1
[0030]一种对苯二甲酸二钠基钠离子电池负极材料制备方法，包括以下步骤：
[0031]S1：将对苯二甲酸和氢氧化钠按比例加入乙醇溶液中，搅拌得到对苯二甲酸二钠，其中，对苯二甲酸和氢氧化钠的质量比为1：2，搅拌温度为45℃，搅拌时间为300min，搅拌速度为200r/min；
[0032]S2：将步骤S1所得的苯二甲酸二钠溶于去离子水中，搅拌得到对苯二甲酸二钠溶液，其中，对苯二甲酸二钠溶液的质量分数为60％；
[0033]S3：将多壁碳纳米管分散在乙醇溶液中，在超声机中边搅拌边超声，得到多壁碳纳米管的乙醇溶液，其中，多壁碳纳米管和乙醇的固液比为1g：50mL，超声时间为10min；
[0034]S4：将步骤S2中的对苯二甲酸二钠水溶液滴加到步骤三中的多壁碳纳米管的乙醇溶液中，搅拌得到黑色沉淀，然后置于真空干燥机中真空干燥，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对苯二甲酸二钠基钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将对苯二甲酸和氢氧化钠按比例加入乙醇溶液中，搅拌得到对苯二甲酸二钠；S2，将步骤S1所得的对苯二甲酸二钠溶于去离子水中，搅拌得到对苯二甲酸二钠溶液；S3，将多壁碳纳米管分散在乙醇溶液中，在超声机中边搅拌边超声，得到多壁碳纳米管的乙醇溶液；S4，将步骤S2中得到的对苯二甲酸二钠水溶液滴加到步骤S3中得到的多壁碳纳米管的乙醇溶液中，搅拌得到黑色沉淀，真空干燥。2.如权利要求1所述的一种对苯二甲酸二钠基钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中苯二甲酸和氢氧化钠的质量比为1：2～1：2.5。3.如权利要求1所述的一种对苯二甲酸二钠基钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中搅拌温度为45～55℃，搅拌时间为300～480min，搅拌速度为200...

【专利技术属性】
技术研发人员：高翔鹏，韩诚，辛藜莉，李明阳，龙红明，张浩，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：