一种水系钠锌双离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种水系钠锌双离子电池及其制备方法。本发明专利技术包括正极电极、负极电极、电解液，所述正极电极的正极活性物质包括二维层状结构MoSe2纳米球；所述负极电极为锌箔，所述电解液的溶质包括十二烷基碳酸钠和碳酸锂。本发明专利技术首次实现了水系混合双离子电池的快速充电。钠离子通过正极MoSe2嵌入/脱出，锌负极同时溶解/沉积，实现双离子的协同作用。这种新型混合双离子电池在2C倍率下具有134 mAh/g的高比容量和优异的循环稳定性(循环寿命超过1000倍)。此外，该电池在充电后5分钟内可存储84%的电池容量，比容量为93 mAh/g，在高倍率快速充放电储能应用中显示出潜力。储能应用中显示出潜力。储能应用中显示出潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种水系钠锌双离子电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及双离子电池的
，尤其是指一种水系钠锌双离子电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池已经成为我们生活中不可缺少的一部分，无论是数码产品还是大型仪器。然而，随着科学技术的飞速发展，对电池的使用范围和安全问题提出了更高的要求。商用锂离子电池使用易燃的有机溶剂，容易发生爆炸、火灾和其他安全问题。而钴作为锂离子电池的核心元素，其成本也在不断上升，因此，开发一种高安全性、高比容量的新型电池迫在眉睫。
[0003]与基于摇椅电池的锂离子电池相比，双离子电池作为一种新兴的储能技术，因其成本低、工作电压高、原材料可持续性好、环境友好等优点而备受关注。由于目前报道的混合双离子电池多采用有机电解质，其安全性问题有待进一步研究，电化学性能也不理想。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种水系钠锌双离子电池及其制备方法。首次实现了水系混合双离子电池的快速充电。钠离子通过正极MoSe2嵌入/脱出，锌负极同时溶解/沉积，实现双离子的协同作用。这种新型混合双离子电池在2C倍率下具有134 mAh/g的高比容量和优异的循环稳定性(循环寿命超过1000倍)。此外，该电池在充电后5分钟内可存储84%的电池容量，比容量为93 mAh/g，在高倍率快速充放电储能应用中显示出潜力。
[0005]本专利技术第一个目的在于提供一种水系钠锌混合双离子电池，包括正极电极、负极电极、电解液，所述正极电极的正极活性物质包括二维层状结构MoSe2纳米球；所述负极电极为锌箔，所述电解液的溶质包括十二烷基碳酸钠和碳酸锂。
[0006]本专利技术第二个目的在于提供一种水系钠锌混合双离子电池的制备方法，包括以下步骤：利用钼源、硒源制备二维层状结构MoSe2纳米球；将二维层状结构MoSe2纳米球、粘结剂与导电剂按一定质量比混合，研磨均匀分散在NMP中，涂覆在正极集流体上，干燥得到正极电极；以水为溶剂，十二烷基碳酸钠和碳酸锂为电解质，制备电解液；以锌箔作为负极电极，组装得到所述水系钠锌混合双离子电池。
[0007]在本专利技术的一个实施例中，所述钼源选自钼酸钠、钼粉、二氧化钼、三氧化钼、六羰基钼、钼酸铵、钼酸钠中的一种或多种，优选钼酸钠；所述硒源选自硒粉、硒代硫酸钠、硒代硫酸钾中的一种或多种；优选硒粉。
[0008]在本专利技术的一个实施例中，所述二维层状结构MoSe2纳米球的制备步骤：将钼源和硒源按照一定质量比与混合溶剂中搅拌得到混合溶液，加入还原剂并搅拌，在一定温度下进行水热反应，即得。
[0009]在本专利技术的一个实施例中，所述钼源在混合溶液中的浓度为0.01~0.1mol/L；所述硒源在混合溶液中的浓度为0.05~0.2mol/L；所述还原剂在混合溶液中的浓度为0.01~0.1mol/L。
[0010]在本专利技术的一个实施例中，所述还原剂选自水合肼、硼氢化钠和柠檬酸钠中的一种或多种；优选硼氢化钠。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，所述混合溶剂为乙醇和去离子水；所述乙醇和去离子水的体积比为1：1~2。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，所述水热反应的条件：温度为180~240℃，反应时间为12~24小时。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，所述粘结剂为聚偏氟乙烯和/或聚四氟乙烯；所述导电剂为乙炔黑和/或科琴黑；所述二维层状结构MoSe2纳米球、粘结剂与导电剂的质量比为8~10：1~2：1~2；所述集流体为石墨纸或石墨箔。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，所述二维层状结构MoSe2纳米球与NMP的质量比为1：5~8。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，所述电解液中十二烷基硫酸钠的浓度为0.1~1mol/L；所述碳酸锂的浓度为0.01~0.02mol/L。
[0016]本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：本专利技术制备了一种MoSe2纳米球并应用到电化学中，设计提出了一种基于MoSe2的水系钠
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锌混合双离子电池。同时该电池实现了水系混合双离子电池的快速充电。通过使用廉价的十二烷基硫酸钠作为电解质，实现了钠离子在正极MoSe2的可逆嵌入/脱嵌和负极锌表面的溶解/沉积。添加Li2CO3有助于减轻负极锌箔中枝晶的形成，从而提高循环寿命。这种新型双离子电池以2C的电流倍率循环1000次后，容量保持率接近100%。此外，该电池在12C大电流下仍能实现优异的比放电容量（5分钟达到93 mAh/g的存储容量），无疑具有广阔的应用前景。这种基于MoSe2纳米球的新型混合双离子电池具有优异的电化学性能、低运行成本、环保等优点，有望成为锂离子电池的“下一个时代”。
附图说明
[0017]为了使本专利技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明，其中，图1是本专利技术MoSe2纳米球合成流程图。
[0018]图2是本专利技术实施例1中所得MoSe2纳米球扫描电镜下的形貌特征。
[0019]图3是本专利技术钠
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锌混合双离子电池工作原理图。
[0020]图4是本专利技术实施例1钠
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锌混合双离子电池充放电曲线图和寿命图。
[0021]图5是本专利技术实施例1钠
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锌混合双离子电池充放电后，正负电极的Raman图。
[0022]图6是本专利技术实施例1钠
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锌混合双离子电池充放电后，正负电极的X射线衍射谱图。
具体实施方式
[0023]为了解决
技术介绍
中指出的技术问题，本专利技术提供了一种基于二维纳米材料
MoSe2下的快速充电水系钠锌双离子电池及其制备方法。
[0024]本专利技术提供了一种水系钠锌混合双离子电池，包括正极电极、负极电极、电解液，所述正极电极的正极活性物质包括二维层状结构MoSe2纳米球；所述负极电极为锌箔，所述电解液的溶质包括十二烷基碳酸钠和碳酸锂。二维层状结构是指原子排列结构呈现二维层状结构，纳米球是形貌特征。
[0025]本专利技术提供一种水系钠锌混合双离子电池的制备方法，包括以下步骤：利用钼源、硒源制备二维层状结构MoSe2纳米球；将二维层状结构MoSe2纳米球、粘结剂与导电剂按一定质量比混合，研磨均匀分散在NMP中，涂覆在正极集流体上，50℃~80℃干燥6~12h得到正极电极；以水为溶剂，十二烷基碳酸钠和碳酸锂为电解质，制备电解液；以锌箔作为负极电极，组装得到所述水系钠锌混合双离子电池。
[0026]在具体实施例中，所述钼源选自钼酸钠、钼粉、二氧化钼、三氧化钼、六羰基钼、钼酸铵、钼酸钠中的一种或多种，优选钼酸钠；所述硒源选自硒粉、硒代硫酸钠、硒代硫酸钾中的一种或多种，优选硒粉。
[0027]在具体实施例中，所述二维层状结构MoSe2纳米球的制备步骤：将钼源和硒源按照一定质量比与混合溶剂中搅拌得到混合溶液，加入还原剂搅拌，在一定温度下进行水热反应，即得。
[0028]在具体实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水系钠锌混合双离子电池，包括正极电极、负极电极、电解液，其特征在于，所述正极电极的正极活性物质包括二维层状结构MoSe2纳米球；所述负极电极为锌箔，所述电解液的溶质包括十二烷基碳酸钠和碳酸锂。2.一种水系钠锌混合双离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：利用钼源、硒源制备二维层状结构MoSe2纳米球；将二维层状结构MoSe2纳米球、粘结剂与导电剂按一定质量比混合，研磨均匀分散在NMP中，涂覆在正极集流体上，干燥得到正极电极；以水为溶剂，十二烷基碳酸钠和碳酸锂为电解质，制备电解液；以锌箔作为负极电极，组装得到所述水系钠锌混合双离子电池。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述钼源选自钼酸钠、钼粉、二氧化钼、三氧化钼、六羰基钼、钼酸铵、钼酸钠中的一种或多种；所述硒源选自硒粉、硒代硫酸钠、硒代硫酸钾中的一种或多种。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述二维层状结构MoSe2纳米球的制备步骤：将钼源和硒源按照一定质量比与混合溶剂中搅拌得到混合溶液，加入还原剂并搅拌，在一定温度下进行水热反应，即得。5.根据权利要求4所述的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵虎，韩延林，
申请(专利权)人：江苏正力新能电池技术有限公司，
类型：发明
国别省市：