一種用于鈉離子電池的便宜有效的石墨負(fù)極的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功能材料領(lǐng)域，特別是一種用于鈉離子電池的便宜有效的石墨負(fù)極的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著電子設(shè)備、電動工具、小功率電動汽車等迅猛發(fā)展，能源的儲存和轉(zhuǎn)換已成為制約世界經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。在各種技術(shù)中，鋰離子電池由于具有工作電壓高、容量高、自放電小和循環(huán)壽命長等優(yōu)點，成為了發(fā)展前景最為明朗的高能電池體系，但隨著電動汽車、智能電網(wǎng)時代的到來，目前現(xiàn)有的鋰資源將無法滿足動力鋰離子電池的巨大需求，因此亟需開發(fā)價格低廉，并可替代鋰離子電池的相關(guān)技術(shù)。
[0003]鈉離子電池的研宄在一定程度上能夠有效緩解因鋰資源短缺而引發(fā)的鋰離子電池發(fā)展受限的問題。鈉資源豐富，開發(fā)成本低，在地球中的存儲量比鋰要高4-5個數(shù)量級；且鈉離子電池的半電池電勢較鋰離子電勢高0.3?0.4 V，電解質(zhì)的選擇范圍更寬；鈉電池有相對穩(wěn)定的電化學(xué)性能，使用更加安全；并且鈉與鋰具有相似的嵌入和脫出機理，使得兩個體系可以使用相同的電極材料。但鈉離子電池也存在一定的問題，比如:鈉離子半徑比鋰離子半徑大70%，使得鈉離子在電池材料中的嵌入與脫出更難，導(dǎo)致可逆容量和倍率性能降低，而負(fù)極材料的性能同樣制約著鈉離子電池的性能。目前研宄較多的負(fù)極材料主要有:碳基材料、金屬氧化物、合金、非金屬單質(zhì)和有機化合物等，但是金屬氧化物、合金、非金屬單質(zhì)和有機化合物等材料的制備工藝復(fù)雜，且成本相對較高，不利于鈉電池的商業(yè)化發(fā)展，因此碳基材料的發(fā)展成為研宄的重點。碳基材料中的石墨已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋰離子電池，也是商業(yè)化程度最高的負(fù)極材料，它的價格低廉、制備簡單，鑒于在鋰離子電池領(lǐng)域的經(jīng)驗，石墨也被作為潛在的鈉離子電池負(fù)極材料。但鈉離子的半徑過大，石墨碳層間距(0.335 nm)不適合鈉離子的嵌入，導(dǎo)致鈉離子在石墨中的嵌入量很少，容量很低。因此，如何有效的改善上述問題，增大石墨層間的距離，是鈉離子電池發(fā)展的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開一種用于鈉離子電池的便宜有效的石墨負(fù)極的制備方法，包括以下步驟:a、按照質(zhì)量比1:10?1:25的比例依次稱取鋰和石墨，置入球磨罐中，球磨，鋰與石墨反應(yīng)生成LixCy化合物；b、將步驟a中的所述Li xCy化合物分散在30?100 mL的蒸餾水中，超聲攪拌I?3 h，所述蒸餾水的溫度為25°C?80°C ;c、將步驟b中超聲攪拌完畢的溶液離心，分離得到沉淀物，再依次用蒸餾水和乙醇分別洗滌所述沉淀物，BP得到層間距距離增大為0.40?0.75 nm的石墨。
[0005]優(yōu)選地，所述步驟a中，球磨時間為100?300 min，球磨轉(zhuǎn)速設(shè)定為1080 r/min。
[0006]優(yōu)選地，所述步驟a中，鋰與石墨在室溫25°C條件下，反應(yīng)生成LixCy化合物。
[0007]優(yōu)選地，所述步驟b中，蒸餾水的溫度為25?30°C。
[0008]優(yōu)選地，所述步驟c中，離心的轉(zhuǎn)速為9000 r/min，離心5min。
[0009]優(yōu)選地，所述步驟c中，依次用蒸餾水和乙醇分別洗滌沉淀物4次和2次。
[0010]本發(fā)明的有益效果是通過采用所述制備方法得到的石墨，增大了石墨碳層之間的間距，石墨的層間距距離增大為0.40?0.75 nm，而石墨層間距的增大能夠為鈉離子的嵌入和脫出提供有利的通道，提高了電池的容量和倍率性能，且所述制備方法簡單方便，原材料價格低廉，降低了電池成本；和其他負(fù)極材料相比，以本發(fā)明所述的層間距增大的石墨為電池負(fù)極材料，組裝成的鈉離子電池，與現(xiàn)有各種鈉離子電池相比，具有成本低廉、比容量高、制備工藝簡單等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0011]圖1是原始石墨的XRD圖以及本發(fā)明所述的層間距增大后的石墨的XRD圖；
圖2是采用本發(fā)明所述的層間距增大后的石墨作為電池負(fù)極，組裝成的鈉離子電池的充放電容量的循環(huán)曲線圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。
[0013]本發(fā)明公開一種用于鈉離子電池的便宜有效的石墨負(fù)極的制備方法，包括以下步驟:a、按照質(zhì)量比1:10?1:25的比例依次稱取鋰和石墨，置入球磨罐中，球磨，鋰與石墨反應(yīng)生成LixCy化合物；b、將步驟a中的所述Li xCy化合物分散在30?100 mL的蒸餾水中，超聲攪拌I?3 h，所述蒸餾水的溫度為25°C?80°C ;c、將步驟b中超聲攪拌完畢的溶液離心，分離得到沉淀物，再依次用蒸餾水和乙醇分別洗滌所述沉淀物，即得到層間距距離增大為0.40?0.75 nm的石墨。
[0014]優(yōu)選地，所述步驟a中，球磨時間為100?300 min，球磨轉(zhuǎn)速設(shè)定為1080 r/min。
[0015]優(yōu)選地，所述步驟a中，鋰與石墨在室溫25°C條件下，反應(yīng)生成LixCy化合物。
[0016]優(yōu)選地，所述步驟b中，蒸餾水的溫度為25?30°C。
[0017]優(yōu)選地，所述步驟c中，離心的轉(zhuǎn)速為9000 r/min，離心5min。
[0018]優(yōu)選地，所述步驟c中，依次用蒸餾水和乙醇分別洗滌沉淀物4次和2次。
[0019]下面具體講述本發(fā)明所述用于鈉離子電池的便宜有效的石墨負(fù)極的制備方法，以及采用本發(fā)明所述的層間距增大后的石墨作為電池負(fù)極，組裝成的鈉離子電池。
[0020]實施例1
a、將金屬鋰和石墨按照質(zhì)量比1:18的比例分別稱取，即分別稱取金屬鋰0.012g和石墨粉末0.216g，充分混合后置入球磨機內(nèi)，球磨轉(zhuǎn)速設(shè)定為1080 r/min，球磨3h，鋰與石墨在室溫條件下反應(yīng)生成LixCy化合物；
b、將步驟a中的反應(yīng)物分散至100ml、80°C的蒸餾中，超聲攪拌3 h，水與鋰迅速反應(yīng)，石墨層分開，層間距增大；
c、將步驟b中超聲完畢的溶液離心，離心的轉(zhuǎn)速為9000r/min，離心5min，分離得到沉淀物，再依次用蒸餾水和乙醇分別洗滌沉淀物4次和2次，即得到層間距距離增大為0.40?0.75 nm的石墨；
d、層間距增大后的石墨，再依次加入按照7:2:1的質(zhì)量比混合的乙炔黑和PTFE，以及I mL的二甲基甲酰胺，充分?jǐn)嚢杌靹?，然后搟片、沖片，置于50°C條件下干燥24 h，備用，所制備得到的石墨圓形極片的直徑為8 mm;
e、以步驟d中的石墨圓形極片為負(fù)極，金屬鈉為正極，電解液為lmol/LNa [N (SO2F)2]溶液，溶劑為將碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯按照體積比4:6所混合而成的混合液，在氬氣保護(hù)的手套箱中組裝成電池；
f、對步驟e中組裝完畢的電池，在室溫條件下進(jìn)行充放電研宄，充放電電壓范圍為:0.5V~3.0V。在50mA/g的電流密度下，電池的初始放電容量為150 mAh/g，循環(huán)70周后，其放電容量仍能保持在142 mAh/g。
[0021]根據(jù)實驗結(jié)果，采用本發(fā)明所述的制備方法制備的石墨負(fù)極，比商業(yè)石墨的性能有了相當(dāng)大的提高。如圖所示，圖1是原始石墨的XRD圖以及本發(fā)明所述的層間距增大后的石墨的XRD圖；圖2是采用本發(fā)明所述的層間距增大后的石墨作為電池負(fù)極，組裝成的鈉離子電池的充放電容量的循環(huán)曲線圖。
[0022]盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。
【主權(quán)項】
1.一種用于鈉離子電池的便宜有效的石墨負(fù)極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: a、按照質(zhì)量比1:10?1:25的比例依次稱取鋰和石墨，置入球磨罐中，球磨，鋰與石墨反應(yīng)生成LixCy化合物； b、將步驟a中的所述LixCy化合物分散在30?100mL的蒸餾水中，超聲攪拌I?3 h，所述蒸餾水的溫度為25°C?80 °C ； c、將步驟b中超聲攪拌完畢的溶液離心，分離得到沉淀物，再依次用蒸餾水和乙醇分別洗滌所述沉淀物，即得到層間距距離增大為0.40?0.75 nm的石墨。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鈉離子電池的便宜有效的石墨負(fù)極的制備方法，其特征在于:所述步驟a中，球磨時間為100?300 min，球磨轉(zhuǎn)速設(shè)定為1080 r/min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鈉離子電池的便宜有效的石墨負(fù)極的制備方法，其特征在于:所述步驟a中，鋰與石墨在室溫25°C條件下，反應(yīng)生成LixCy化合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鈉離子電池的便宜有效的石墨負(fù)極的制備方法，其特征在于:所述步驟b中，蒸餾水的溫度為25?30°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鈉離子電池的便宜有效的石墨負(fù)極的制備方法，其特征在于:所述步驟c中，離心的轉(zhuǎn)速為9000 r/min，離心5min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鈉離子電池的便宜有效的石墨負(fù)極的制備方法，其特征在于:所述步驟c中，依次用蒸餾水和乙醇分別洗滌沉淀物4次和2次。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于鈉離子電池的便宜有效的石墨負(fù)極的制備方法，包括以下步驟：a.按照質(zhì)量比1:10～1:25的比例依次稱取鋰和石墨，置入球磨罐中，球磨，鋰與石墨反應(yīng)生成LixCy化合物；b.將步驟a中的所述LixCy化合物分散在30～100mL的蒸餾水中，超聲攪拌1～3h，所述蒸餾水的溫度為25℃～80℃；c.將步驟b中超聲攪拌完畢的溶液離心，分離得到沉淀物，再依次用蒸餾水和乙醇分別洗滌所述沉淀物，即得到層間距距離增大為0.40～0.75nm的石墨。所述制備方法得到的石墨，增大了石墨碳層之間的間距，而層間距的增大能夠為鈉離子的嵌入和脫出提供有利的通道，提高電池的容量和倍率性能。
【IPC分類】H01M4-133
【公開號】CN104733694
【申請?zhí)枴緾N201410818919
【發(fā)明人】曲婕
【申請人】曲婕
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2014年12月25日