[发明专利]一种制备石墨烯/锰酸钠柔性薄膜的方法及利用其制备水系钠锌复合电池的方法

说明书

一种制备石墨烯/锰酸钠柔性薄膜的方法及利用其制备水系钠锌复合电池的方法，它涉及一种制备石墨烯薄膜的制备方法及利用其制备复合电池的方法。本发明的目的是要解决现有电池正极材料制备过程繁琐，电导率低，电化学性能不稳定的问题。方法：一、制备Na₄Mn₉O₁₈粉末；二、将氧化石墨烯加入到去离子水中，超声，得到溶液A；三、制备氧化石墨烯/锰酸钠柔性薄膜；四、将氧化石墨烯/锰酸钠柔性薄膜干燥，得到石墨烯/锰酸钠柔性薄膜。本发明制备的石墨烯/锰酸钠柔性薄膜工艺简单，且石墨烯/锰酸钠柔性薄膜具有足够的韧性，可以任意卷曲，可直接裁切作为柔性电极使用。本发明可获得石墨烯/锰酸钠柔性薄膜和水系钠锌复合电池。

技术领域

本发明涉及一种制备石墨烯薄膜的制备方法及利用其制备复合电池的方法。

背景技术

高能量和功率密度，低成本可充电电池的发展对混合动力电动汽车和电动车辆的广泛应用有着重要意义。目前的锂离子电池通常采用有机电解液，制备条件苛刻(要求无氧无水环境)、价格高、安全性低。水系锂离子电池以LiCl、LiNO₃等锂盐的水溶液代替有机电解液，具有电导率高、黏度小、离子状态稳定、价格低、安全性高等优点。然而目前的水系锂离子电池正极极片多采用LiMn₂O₄等正极材料与导电剂、胶粘剂混合，以制浆、涂覆的方法制备。这种电极极片不仅制备过程繁琐，LiMn₂O₄等正极材料与导电剂因为是物理挤压接触也不紧密，所以导致电极极片的电导率低、电化学性能不稳定。此外，钠盐的成本比锂盐的成本要低得多，所以水系钠离子电池的设计及极片制备工艺开发具有重要意义。目前还没有见到有水系钠离子电池的柔性正极极片报道，因此，开发高性能的水系纳离子电池柔性正极极片制备技术显得非常迫切。

发明内容

本发明的目的是要解决现有电池正极材料制备过程繁琐，电导率低，电化学性能不稳定的问题，而提供一种制备石墨烯/锰酸钠柔性薄膜的方法及利用其制备水系钠锌复合电池的方法。

一种制备石墨烯/锰酸钠柔性薄膜的方法，具体是按以下步骤完成的：

一、将Mn₂O₃加入到浓度为5mol/L的NaOH溶液中，再在搅拌速度为300r/min～1200r/min下搅拌反应30min～150min，得到Mn₂O₃溶液；将Mn₂O₃溶液转移至水热反应釜中，再在温度为120℃～250℃下恒温10h～60h，得到反应产物；使用蒸馏水对反应产物清洗3次～5次，再在温度为50℃～100℃下干燥5h～12h，得到Na₄Mn₉O₁₈粉末；

步骤一中所述的Mn₂O₃的物质的量与浓度为5mol/L的NaOH溶液的体积比为(1mmol～2mmol):30mL；

二、将氧化石墨烯加入到去离子水中，再在室温和超声波功率为800W～1800W下超声分散0.5h～2h，得到溶液A；

步骤二中所述的氧化石墨烯的质量与去离子水的体积比为(20mg～40mg):10mL；

三、将Na₄Mn₉O₁₈粉末加入到溶液A中，再在超声功率为1000W～2000W下超声分散1h～3h，再倾倒在微孔滤膜上进行真空抽滤3h～5h，再使用蒸馏水对微孔滤膜和抽滤产物清洗3次～5次，再在温度为20℃～80℃下干燥5min～30min，再将微孔滤膜和抽滤产物浸入到特定溶剂中10min～120min，揭下微孔滤膜，得到氧化石墨烯/锰酸钠柔性薄膜；

步骤三中所述的特定溶剂为乙醇、丙酮、乙醚和四氯化碳中的一种或其中几种的混合液；