[发明专利]一种用软碳作负极材料的钠双离子电池的制备方法

说明书

本发明公开了一种用软碳作负极材料的钠双离子电池的制备方法，所述方法包括以下步骤：首先制备软碳负电极；再制备石墨正电极；然后制备六氟磷酸钠(NaPF6)电解液；最后将软碳负电极、石墨正电极、电解液组装成全电池。本发明采用制备过程简单，容易规模化生产的软碳作为钠双离子电池的负极材料，提供了较高的放电容量、高的放电电压平台、优异的倍率性能和良好的循环稳定性能，具有巨大的能量存储能力，为开发钠双离子电池的新型负极材料提供方向。

技术领域

本发明涉及钠离子电池技术领域，尤其涉及一种用软碳作负极材料的钠双离子电池的制备方法。

背景技术

开发高能量密度、低成本的新型可充电电池体系已经受到了越来越多的关注。双离子电池(DIBs)，作为一种高能量和低成本的电能存储装置，已经被发现了几十年。通常情况下，双离子电池在充电过程通过促使阴离子和阳离子在电解液中分别嵌入到正极和负极中，放电过程则反之。目前，很多正极材料是可以让阴离子嵌入的，如各种类型的石墨、金属有机物及碳黑等都被广泛研究应用。此外，阳离子包括1-乙基-3-甲基咪唑(EMIm⁺)、1,2-二甲基-3-丙基咪唑(DMPI⁺)，四乙胺(Et4N⁺)，1-丁基-1-甲基吡咯(Pyr14⁺)已经被进行大量的研究，并尝试取代由于锂资源限制的传统Li⁺。然而，这些阳离子通常具有超大的离子半径，导致其在嵌入负极的过程中会引起超大的体积膨胀。此外，复杂的分子结构将增加合成步骤，增加电池的成本。因此，迫切需要开发一种可以应用于钠离子电池的具有中等离子半径和低成本的新型阳离子。

钠，作为地球上最丰富的碱金属元素，与锂离子相比，由于其相对大的半径会导致无法嵌入石墨，因此很少被研究应用于钠离子电池中。截至目前，对于钠离子电池的研究仍停留在半电池，这主要是因为缺乏可以让钠离子嵌入的优良负极材料。此外，由于几乎没有关于钠双离子电池(NDIBs)负极材料的报道，钠双离子电池负极材料的原理仍然不太清楚。

发明内容

针对上述目前仍缺乏可以让钠离子嵌入的优良负极材料，及钠离子电池仍一直停留在半电池的研究等问题，本发明提供了采用软碳作为负极材料，石墨作为正极材料，1摩尔六氟磷酸钠(NaPF₆)作为电解液的钠双离子电池的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种用软碳作负极材料的钠双离子电池的制备方法，所述方法包括以下步骤：

制备软碳负电极；

制备石墨正电极；

制备六氟磷酸钠(NaPF6)电解液；

将软碳负电极、石墨正电极、电解液组装成全电池。

优选的，所述制备软碳负电极方法为首先将软碳负极材料：乙炔黑：羧甲基纤维素按质量比为8：0.5-2：0.5-2进行均匀混合；然后将混合物溶于乙醇：H2O的质量比为1：1-3的混合溶液中并持续搅拌5-10h；接着将软碳混合物均匀涂布到铜箔上，并在50-80℃的真空炉下干燥3-10h，得到软碳负电极。

优选的，所述软碳负极材料通过苝四甲酸二酐(PTCDA)的热聚合快速合成，合成过程为将PTCDA放到真空炉中，并以5-15℃/min的升温速度升温到800-950℃，并恒温保持3-6h。

优选的，所述软碳负电极中软碳活性物质的平均重量为1-2mg/cm2。

优选的，所述制备石墨正电极的方法为首先将石墨正极材料：乙炔黑：羧甲基纤维素按质量比为8：0.5-2：0.5-2进行均匀混合；然后将混合物溶于乙醇：H2O的质量比为1：1-3的混合溶液中并持续搅拌5-10h；接着将石墨混合物均匀涂布到铝箔上，并在50-80℃的真空炉下干燥3-10h，得到石墨正电极。