[发明专利]一种钠金属负极沉积基质及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种钠金属负极沉积基质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：先制备多孔石墨烯，然后通过刮涂法或擀压法制备钠金属沉积基质；

所述刮涂法的步骤为：将多孔石墨烯粉末和海藻酸钠按照一定比例混合，加适量水研磨成浆料，然后用刮刀刮涂在铜箔上，烘干后切成圆片，即得到钠金属沉积基质；

所述擀压法的步骤为：将新鲜的金属钠在充满氩气的手套箱内切成小块，并擀压成一个扁平的薄片，然后分批次加入多孔石墨烯粉末，反复折叠和擀压至多孔石墨烯/钠复合材料的颜色均匀一致，使多孔石墨烯均匀地分散在钠中；将混合均匀的上述材料擀压至厚度均匀一致，切成圆片，即得到钠金属沉积基质。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述刮涂法中，所述多孔石墨烯粉末和海藻酸钠的质量比为9:1，圆片的直径为10-14mm。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述擀压法中，多孔石墨烯粉末占钠块和多孔石墨烯总质量的3wt％；

优选的，圆片的直径为10-14mm，将混合均匀的上述材料擀压至厚度为0.5-1.2μm的片；

优选的，所述集流体为铜箔或铝箔。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多孔石墨烯的制备步骤为：

1)在不断搅拌下，依次将浓硫酸、石墨、硝酸钠混合，搅拌均匀，分批次缓慢加入高锰酸钾；

2)将上述溶液在水浴中搅拌成粘稠状，加入水，并缓慢加入过氧化氢至颜色由棕色变成黄色；沉淀、离心，并用盐酸、水依次洗涤，然后离心分离，透析一周；

3)将2)中透析后的物质取出，加入适量的过氧化氢，在不断搅拌下进行油浴，离心分离、水洗，分散成多孔氧化石墨烯溶液；

4)向多孔氧化石墨烯溶液加入抗坏血酸钠，在不断超声、搅拌下分散均匀，然后在油浴中放置一段时间后取出，用水洗涤，冷冻干燥，得到多孔石墨烯粉末。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，石墨与浓硫酸、硝酸钠、高锰酸钾的质量体积比为：(2-4)g:(60-80)mL:(1.3-1.6)g:(8-10)g；

优选的，步骤1)中，加入高锰酸钾前，控制温度在20℃以下；

优选的，步骤2)中，盐酸的浓度为1.2mol L^-1，盐酸的量为250-300ml；

优选的，步骤2)中，水浴温度为30-40℃，搅拌时间为20-30min；

优选的，步骤2)中，水与过氧化氢的体积比为125:3。

6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，透析后的物质取出后配制成2mg/mL的溶液，再与过氧化氢混合；

优选的，步骤3)中，透析后的溶液与过氧化氢的体积比为10:1；

优选的，步骤3)中，油浴的条件为：100℃下油浴3-5h；

优选的，步骤3)中，水洗后分散成2mg/mL的多孔氧化石墨烯溶液；

优选的，步骤4)中，多孔氧化石墨烯溶液与抗坏血酸的体积质量比为：10mL:0.01g；

优选的，步骤4)中，所述油浴的条件为：100℃的油浴中放置2-3h。

7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法得到的钠金属负极沉积基质。

8.如权利要求7所述的钠金属负极沉积基质在钠离子电池中的应用。

9.一种钠离子对称电池，其特征在于，以权利要求7所述的钠金属负极沉积基质作为正负极组装成对称电池；

优选的，当采用刮涂法制备的钠金属负极沉积基质时，将该基质进行预嵌钠后得到多孔石墨烯/钠复合电极，再作为正负极组装成对称电池；

优选的，所述预嵌钠的方法为：先将含有钠金属沉积基质的半电池在0.01-1V之间0.05mA的电流下循环5圈，再于1mA cm^-2的电流密度下放电8h，然后在手套箱内取出预嵌了8mA h cm^-2钠的钠金属沉积基质，即多孔石墨烯/钠复合电极。

10.一种钠离子全电池，其特征在于，以权利要求7所述的钠金属负极沉积基质作为负极，以石墨烯复合磷酸钒钠作为正极；

优选的，当采用刮涂法制备的钠金属负极沉积基质时，先将该基质进行预嵌钠后得到多孔石墨烯/钠复合电极，再作为负极组装钠离子全电池。