一种用作钠电池负极的Na2Zn3O7&rGO材料的制备方法 |
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| 申请号 | CN201710673123.5 | 申请日 | 2017-08-08 | 公开(公告)号 | CN107394182A | 公开(公告)日 | 2017-11-24 |
| 申请人 | 卢荣红; | 发明人 | 卢荣红; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种用作钠 电池 负极的Na2Zn3O7&rGO材料的制备方法，其中Na2Zn3O7呈 纳米线 状，无序交织，Na2Zn3O7纳米线的直径约20-30纳米、长度约5μm-120μm。同时，这些Na2Zn3O7纳米线均匀地嵌入到 石墨 烯构成的网络、Na2Zn3O7纳米线和 石墨烯 片一起形成一个三维多孔的网络状结构。制备该Na2Zn3O7&rGO材料包括步骤1)Zn(NO3)2·6H2O与NH4NO3溶解于二甲 氧 基 乙醇 溶剂 中，加入乙酰丙 酮 、 氨 水 溶液配成前驱体溶液，搅拌陈化制得溶胶；加入NaOH水溶液，混合在聚四氟乙烯容器；在不锈 钢 高压釜 中，并在180-200℃加热进行热反应，生成Na2Zn3O7沉淀；将石墨烯溶解在乙醇中，将其与Na2Zn3O7溶液混合均匀，并转移到高压釜中，加热反应，得到Na2Zn3O7/rGO 复合材料 。制得的Na2Zn3O7&rGO材料具有高的孔隙率、良好的结构 稳定性 和机械性能，增强了电池性能稳定性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用作钠电池负极的Na2Zn3O7&rGO材料的制备方法，其特征在于：所述Na2Zn3O7呈纳米线状，无序交织，同时，这些Na2Zn3O7纳米线均匀地嵌入到石墨烯构成的网络、Na2Zn3O7纳米线和石墨烯片一起形成一个三维多孔的网络状结构。 |
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| 说明书全文 | 一种用作钠电池负极的Na2Zn3O7＆rGO材料的制备方法技术领域[0001] 本发明涉及一种钠电池领域，尤其涉及一种用作钠电池负极的Na2Zn3O7&rGO材料的制备方法。 背景技术[0002] 目前正在开发的可再生清洁能源有风能、太阳能等，它们都属于间歇性能源，如果将其产生的间歇性的的电能并入电网，会干扰电网的正常运行。因此开发出满足大规模储能应用的新型储能技术已成为世界范围内的研究热点。其中，电化学储能是主要储能技术之一。电化学储能技术与其他储能方式相比具有效率高、投资少、使用安全等特点，最符合当今能源的发展方向。化学储能电池中，目前，钠离子电池、铅酸电池等化学电池已实现广泛的应用。钠。 [0003] 电池由于其能量密度高、工作电压高、无记忆效应、循环寿命长是发展前景最为明朗的高能化学储能电池体系，但是仍然面临着电池安全、循环寿命和成本等方面的限制；铅酸电池寿命太短，液流电池能量密度过低，因此它们都无法实现在大规模储能系统方面的广泛应用。 [0004] 而钠电池则拥有着原材料来源广泛、制造成本低、安全性高、易于大规模成组应用等特点，是大规模电力储能系统的最佳选择。钠离子电池的组成包括正极、负极、隔膜和电解液。负极由碳或可嵌钠材料组成。负极是钠离子电池中最为复杂的部分之一。 发明内容[0005] 本发明针对钠离子电池发展的实际需求和现有技术存在的问题，拟提供一种用作钠电池负极的Na2Zn3O7&rGO材料的制备方法。 [0006] 本发明提供制备用作钠电池负极的Na2Zn3O7&rGO材料，Na2Zn3O7呈纳米线状，无序交织，纳米线的直径约20-30纳米、长度约5μm-120μm；同时，这些Na2Zn3O7纳米线均匀地嵌入到石墨烯构成的网络、Na2Zn3O7纳米线和石墨烯片一起形成一个三维多孔的网络状结构。本发明制备的用作钠电池负极的Na2Zn3O7&rGO材料的此种微观结构，具有高的孔隙率、良好的结构稳定性和机械性能，这可以减缓在电池工作期间的体积变化的机械应力释放、增强电池性能稳定性。 [0007] 本发明还提供了上述用作钠电池负极的Na2Zn3O7&rGO材料的制备方法，具体步骤如下： [0008] 一定量的Zn(NO3)2·6H2O与NH4NO3溶解于二甲氧基乙醇溶剂中，加入一定量的乙酰丙酮、氨水溶液配成前驱体溶液，在常温下搅拌12～24h后陈化制得所需的溶胶；往溶胶中加入15MNaOH水溶液，两者混合在聚四氟乙烯容器，其中Zn(NO3)2·6H2O与NaOH加入的比例为Zn和Na的摩尔浓度3:2；被搅拌10分钟后，密封在一个不锈钢高压釜中，并在180-200℃加热12小时的烘箱中进行热反应，生成Na2Zn3O7沉淀；用去离子水对Na2Zn3O7沉淀反复洗涤，制得PH值约6-7、浓度约为3毫克/毫升的Na2Zn3O7溶液； [0009] 将氧化石墨烯(GO)采用Hummers法合成鳞片石墨；然后，将它溶解在乙醇中浓度为 0.5-1.5毫克/毫升；将其与上述Na2Zn3O7溶液混合均匀，搅拌30min-1小时，然后将溶液混合物转移到内衬为聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中，加热到200℃，并保持为10小时； [0011] 本发明制得的Na2Zn3O7&rGO材料的此种微观结构，应用在钠离子电池中，具有高的孔隙率、良好的结构稳定性和机械性能，这可以减缓在电池工作期间的体积变化的机械应力释放、增强电池性能稳定性。附图说明 [0012] 图1为实施例1制得的Na2Zn3O7/rGO材料的扫描电镜图. 具体实施方式[0014] 以下结合附图及具体实施例进一步说明本发明。 [0015] 实施例1 [0016] 一定量的Zn(NO3)2·6H2O与NH4NO3溶解于二甲氧基乙醇溶剂中，加入一定量的乙酰丙酮、氨水溶液配成前驱体溶液，在常温下搅拌24h后陈化制得所需的溶胶；往溶胶中加入 15MNaOH水溶液，两者混合在聚四氟乙烯容器，其中Zn(NO3)2·6H2O与NaOH加入的比例为Zn和Na的摩尔浓度3:2；被搅拌10分钟后，密封在一个不锈钢高压釜中，并在200℃加热12小时的烘箱中进行热反应，生成Na2Zn3O7沉淀；用去离子水对Na2Zn3O7沉淀反复洗涤，制得PH值约7、浓度约为3毫克/毫升的Na2Zn3O7溶液； [0017] 将氧化石墨烯(GO)采用Hummers法合成鳞片石墨；然后，将它溶解在乙醇中浓度为 1.5毫克/毫升；将其与上述Na2Zn3O7溶液混合均匀，搅拌1小时，然后将溶液混合物转移到内衬为聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中，加热到200℃，并保持为10小时； [0018] 将Na2Zn3O7/rGO复合材料放入炉管中，通入氮气，升温至400℃，保温2小时，进行退火处理；之后自然冷却至室温，制得Na2Zn3O7/rGO复合材料。 [0019] 实施例2 [0020] 一定量的Zn(NO3)2·6H2O与NH4NO3溶解于二甲氧基乙醇溶剂中，加入一定量的乙酰丙酮、氨水溶液配成前驱体溶液，在常温下搅拌12h后陈化制得所需的溶胶；往溶胶中加入 15MNaOH水溶液，两者混合在聚四氟乙烯容器，其中Zn(NO3)2·6H2O与NaOH加入的比例为Zn和Na的摩尔浓度3:2；被搅拌10分钟后，密封在一个不锈钢高压釜中，并在250℃加热12小时的烘箱中进行热反应，生成Na2Zn3O7沉淀；用去离子水对Na2Zn3O7沉淀反复洗涤，制得PH值约6、浓度约为3毫克/毫升的Na2Zn3O7溶液； [0021] 将氧化石墨烯(GO)采用Hummers法合成鳞片石墨；然后，将它溶解在乙醇中浓度为 0.5毫克/毫升；将其与上述Na2Zn3O7溶液混合均匀，搅拌30min小时，然后将溶液混合物转移到内衬为聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中，加热到180℃，并保持为10小时，得到 Na2Zn3O7/rGO复合材料； [0022] 将Na2Zn3O7/rGO复合材料放入炉管中，通入氮气，升温至300℃，保温3小时，进行退火处理；之后自然冷却至室温，制得Na2Zn3O7/rGO复合材料。 [0023] 实施例3 [0024] 一定量的Zn(NO3)2·6H2O与NH4NO3溶解于二甲氧基乙醇溶剂中，加入一定量的乙酰丙酮、氨水溶液配成前驱体溶液，在常温下搅拌20h后陈化制得所需的溶胶；往溶胶中加入 15MNaOH水溶液，两者混合在聚四氟乙烯容器，其中Zn(NO3)2·6H2O与NaOH加入的比例为Zn和Na的摩尔浓度3:2；被搅拌10分钟后，密封在一个不锈钢高压釜中，并在180℃加热12小时的烘箱中进行热反应，生成Na2Zn3O7沉淀；用去离子水对Na2Zn3O7沉淀反复洗涤，制得PH值约7、浓度约为3毫克/毫升的Na2Zn3O7溶液； [0025] 将氧化石墨烯(GO)采用Hummers法合成鳞片石墨；然后，将它溶解在乙醇中浓度为 1.0毫克/毫升；将其与上述Na2Zn3O7溶液混合均匀，搅拌45min，然后将溶液混合物转移到内衬为聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中，加热到200℃，并保持为10小时； [0026] 将Na2Zn3O7/rGO复合材料放入炉管中，通入氮气，升温至400℃，保温3小时，进行退火处理；之后自然冷却至室温，制得Na2Zn3O7/rGO复合材料。 [0027] 通过电子扫描显微镜对上述各实施例制得的Na2Zn3O7/rGO复合材料进行扫描观察，图1为实施例1制得的Na2Zn3O7/rGO复合材料的电镜扫描图，由图中可以看到，Na2Zn3O7 呈纳米线状，无序交织，纳米线的直径约20-30纳米、长度约5μm-120μm；同时，这些 Na2Zn3O7纳米线均匀地嵌入到片状石墨烯构成的网络、Na2Zn3O7纳米线和石墨烯片一起形成一个三维多孔的网络状结构。Na2Zn3O7&rGO材料的此种微观结构，应用在钠离子电池中，具有高的孔隙率、良好的结构稳定性和机械性能，这可以减缓在电池工作期间的体积变化的机械应力释放、增强电池性能稳定性。 [0028] 将各实施例制得的Na2Zn3O7/rGO、导电炭黑、和聚偏氟乙烯氟(PVDF)以80:10:10 的重量比混合，与适量N-甲基吡咯烷酮(NMP)混合形成混合浆料，将混合浆料涂到铜箔上作为工作电极，然后在80摄氏度24小时干燥除去溶剂。使用金属钠箔作为参考电极，和 1MNaClO4的分散混合，碳酸乙烯酯(EC)/碳酸甲乙酯(EMC)(1:1)为电解质。进行恒流充放电试验。如图2为实施例1制得Na2Zn3O7/RGO材料为钠电池负极材料时，在200mA/g 的电流密度下的充放电曲线，测试结果显示电池能量密度达到300mAh/g；电池容量衰减到额定容量的90％时，所经历的电池循环次数达到100次以上。如下表一为各实施例电学性能测试的具体数据。 [0029] 表一各实施例电学性能测试数据 [0030] [0031] 以上所述，将仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明的技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。 |
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