[发明专利]一种可加工成型的金属钠负极的制备方法

说明书

本发明提供一种可加工成型金属钠负极的制备方法。通过超声分散得到氧化石墨烯分散液，制备得到氧化石墨烯薄膜；或对氧化石墨烯分散液进行水热反应，得到一维还原氧化石墨烯纤维或者三维还原氧化石墨烯宏观体；将氧化石墨烯膜进行干燥，或将一维还原氧化石墨烯纤维或者三维还原氧化石墨烯宏观体进行干燥；将金属钠在惰性气氛中利用加热设备进行热处理，对干燥后的氧化石墨烯膜、一维还原氧化石墨烯纤维或者三维还原氧化石墨烯宏观体进行定形，与熔融金属钠接触，得到可加工成型的复合金属钠负极。具有更好的化学稳定性以及电化学稳定性，为以金属钠为基础的能源存储体提供标准参比电极，以及提高金属钠电池的库伦效率以及循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种金属钠负极，具体涉及一种以金属钠为负极的金属钠电池技术领域。

背景技术

能源的利用是人类面临的重大挑战。电池的出现为便携式能力存储设备的普及提供了有力保障。自上世纪90年代，锂离子电池的出现为电子设备、智能电网以及电动汽车的出现和发展做出了重大贡献。随着其广泛应用，金属锂储量在急剧消耗。金属钠的储量要远远大于金属锂，所以以金属钠为基础的能源存储体系引起了科研人员极大的关注。钠和锂有着相似的化学性质，目前钠离子电池、钠-空气电池、钠-硫电池以及钠-二氧化碳电池都取得了一定的发展。但是，钠离子电池的发展却远远落后于锂离子电池。(Nat.Mater.2012,11,512.)由于金属钠更加活泼，导致其更容易与电解液以及正极材料反应，造成库伦效率低、循环性能差。(Chem.Rev.2014,114,11503.)此外，电化学研究当中，三电极体系是用来研究和表征电化学行为的有力工具。不同于离子电池以金属锂、Li1-XFePO4或者锂化石墨为参比电极，以金属钠为基础的能源存储体系缺少标准的参比体系：首先，目前没有正负极材料能够在高的库伦效率下进行钠离子的嵌入/脱出；其次，金属钠较金属锂更加活泼；最关键的是，金属钠原子之间的金属键能很低，造成金属钠质软，容易粘附其它物质，不易成型，储存以及运输。(Solid State Phys.1964,16,275.)故此，发展一种可以加工成型且稳定的金属钠负极尤为重要。为了解决金属钠负极存在的上述缺点，本发明提出一种金属钠负极的制备方法，解决金属钠加工、存储、运输以及应用中的难题。该方法将金属钠与还原氧化石墨烯复合，得到尺寸可调的一维、二维以及三维的复合金属钠负极，且该金属钠负极具有优异的化学稳定性以及电化学稳定性。用作钠离子电池和钠-空气电池的负极，表现出优异的倍率性能和循环稳定性。

发明内容

本发明的目的是，通过制备，获得一种可以加工成型的金属钠负极，且使该金属钠负极具有更加的化学稳定性以及电化学稳定性，为以金属钠为基础的能源存储体提供标准参比电极，以及提高金属钠电池的库伦效率以及循环稳定性。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

1)通过超声分散得到氧化石墨烯分散液，其浓度为0.1～10mg/ml

2)对氧化石墨烯分散液进行加工，制备得到氧化石墨烯薄膜，其厚度为1μm～200μm；或对氧化石墨烯分散液进行水热反应，得到一维还原氧化石墨烯纤维或者三维还原氧化石墨烯宏观体；

3)将氧化石墨烯膜进行干燥，干燥温度为30℃～300℃，干燥时间为1h～72h；或将一维还原氧化石墨烯纤维或者三维还原氧化石墨烯宏观体进行干燥，干燥时间为24～96h；

4)将金属钠在惰性气氛中利用加热设备进行热处理，其升温速率为1～50℃/min，最终温度为100～500℃；

5)对干燥后的氧化石墨烯膜、一维还原氧化石墨烯纤维或者三维还原氧化石墨烯宏观体进行定形，与熔融金属钠接触，且时间为1～120s，得到可加工成型的复合金属钠负极。

进一步，所述的氧化石墨烯制备方法可以是经典的Hummer’s法，也可以是其它方法。