CN107342397A - 智能通用型石墨烯配对钠离子新能源电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能通用型石墨烯配对钠离子新能源电池，其特征在于，包括：正极、负极和电解液；其中正极材料为Na12Mn0.54Co0.13Ni0.13O2；负极材料为乙炔黑；电解液为异丙醇。本发明采用仿储锂合金的方法，利用钠的合金化反应，建立储钠高容量负极，不仅可以克服了钠在氧化物晶格中太稳定的问题，采用具有大隧道的非氧化物固体结构，性能优异，实现了储钠高容龄负极，而且本发明制备工艺简单、资源丰富，为环境友好型新能源电池。

Description

智能通用型石墨烯配对钠离子新能源电池
技术领域
本发明涉及电池技术领域，更具体的说是涉及一种智能通用型石墨烯配对钠离子新能源电池。
背景技术
能源是整个人类文明进步的物质基础，也是现代社会发展不可或缺的基本条件。随着社会经济的高速发展，人类社会对能源的依存度不断提高，据统计，目前世界每年能源消费总量的70％来源于不可再生的化石燃料，如：煤、石油、天然气。
钠离子电池实际上是一种浓差电池，正负极由两种不同的钠离子嵌入化合物组成，在充电时钠离子从正极脱嵌经过电解质嵌入负极，负极处于富钠态，正极处于贫钠态，同时电子补偿电荷经过电路供给到极，保证正负极电荷平衡，放电时则相反，钠离子从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极，正极处于富钠态。钠离子电池主要是由正极、负极和电解液组成，其中，正、负极材料是电池的核心部件，其性能直接决定了电池的电化学性能，因而，开发性能优异钠离子正负极材料将成为未来发展的方向。
因此，如何能提供一种性能优异的钠离子电池是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种智能通用型石墨烯配对钠离子新能源电池，不仅性能优异，实现了储钠高容量负极，而且制备的钠离子新能源电池具有足够的离子扩散通道，确保了钠离子快速嵌入和脱出，制备工艺简单，资源丰富，价格低廉，有广阔的市场前景。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种智能通用型石墨烯配对钠离子新能源电池，包括：正极、负极和电解液；其中正极材料为Na12Mn0.54Co0.13Ni0.13O2；负极材料为乙炔黑；电解液为异丙醇。
优选的，在上述智能通用型石墨烯配对钠离子新能源电池中，新能源电池的制备方法为：(1)正极材料Na12Mn0.54Co0.13Ni0.13O2与负极材料乙炔黑按照质量比0.65∶0.25混合均匀后，用所述异丙醇作为溶剂，同时滴加1-2滴粘合剂，研磨后进行压膜；(2)压膜完成后在真空手套箱中组装成模拟电池；(3)在室温条件下，用LAND电池测试系统对模拟电池进行恒电流循环充放电测试，电压范围为2～4.8V，电流密度为1C＝300mA·g-1。
优选的，在上述智能通用型石墨烯配对钠离子新能源电池中，所述正极材料Na12Mn0.54Co0.13Ni0.13O2是由含Mn2+、Ni2+、Co2+、SO42-的溶液与NH4HCO3溶液通过共沉淀法生成球形三元材料前躯体Mn0.675Co0.1625Ni0.1625CO3，并且生成的Mn0.675Co0.1625Ni0.1625CO3再与Na2CO3溶液混合后加热制备生成的。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种智能型石墨烯配对钠离子新能源电池，钠离子电池主要由正极、负极和电解液组成，其中正极和负极材料是电池的核心部件，其性能直接决定了电池的电化学性能，因而开发性能优异、价格低廉的钠离子电池正负极材料将成为今后研究的重。
作为钠离子电池体系的关键技术，在选择作为钠离子电池关键部位之一的正极材料应该满足下列要求：(1)较高的氧化还原电位。切点为受材料嵌钠量的影响较小；(2)具有较高的比容量；(3)有足够的粒子扩散通道，确保钠离子快速嵌入和脱出：(4)有较高的电化学反应活性；(5)良好的结构稳定性和电化学稳定性；(6)制备工艺简单、资源丰富以及环境友好；本发明在满足上述的条件下，选择了正极材料Na12Mn0.54Co0.13Ni0.13O2，并且Na12Mn0.54Co0.13Ni0.13O2是由含Mn2+、Ni2+、Co2+、SO42-的溶液与NH4HCO3溶液通过共沉淀法生成球形三元材料前躯体Mn0.675Co0.1625Ni0.1625CO3，并且生成的Mn0.675Co0.1625Ni0.1625CO3再与Na2CO3溶液混合后加热制备而成的。
作为钠离子电池体系的关键技术，在寻找可行的钠离子电池负极材料时，必须考虑以下要求：(1)钠嵌入的过程中电极电位变化较小，并接近金属钠的电位，从而保证电池的输出电压高；(2)钠在主体材料中的可逆嵌入量和充放电效率要尽可能高，以保证电池具有较高的能量密度；(3)在钠的脱嵌过程中，主体结构的体积变化应尽可能小，以获得较好的循环稳定性；(4)电极材料具有较高的电子电导率和钠离子迁移速度，确保电池可以进行大电池充放电；(5)与电解液的相容性好，同时具有较高的化学稳定性和热稳定性；(6)价格低廉、原料丰富、对环境无污染、容易制备；本发明在满足上述的条件下，选择了负极材料乙炔黑；乙炔黑作为钠离子电池的负极材料，与传统的炭黑相比其结晶、二次结构更为发达，故导电性能和吸液性更为优良，同时自放电造成的损耗小，确保电池可以进行大电池放电。
本发明一方面采用仿储锂合金的方法，利用钠的合金化反应，建立储钠高容量负极；另一方面克服钠在氧化物晶格中太稳定的问题，采用具有大隧道的非氧化物固体结构；因此，本发明设计的智能通用型石墨烯配对钠离子新能源电池，不仅性能优异，而且制备工艺简单、成本低，有广阔的市场前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明球形三元材料前躯体Mn0.675Co0.1625Ni0.1625CO3XRD图。
图2附图为本发明前躯体煅烧物SEM图。
图3附图为本发明正极材料Na12Mn0.54Co0.13Ni0.13O2XRD图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种智能通用型石墨烯配对钠离子新能源电池，采用仿储锂合金的方法，利用钠的合金化反应，建立储钠高容量负极，不仅可以克服了钠在氧化物晶格中太稳定的问题，采用具有大隧道的非氧化物固体结构，性能优异，实现了储钠高容龄负极，而且本发明制备工艺简单、资源丰富，为环境友好型新能源电池。
请参阅相关附图为本发明提供的一种智能通用型石墨烯配对钠离子新能源电池，包括：正极、负极和电解液；其中正极材料为Na12Mn0.54Co0.13Ni0.13O2；负极材料为乙炔黑；电解液为异丙醇。
为了进一步优化上述技术方案，新能源电池的制备方法为：(1)正极材料Na12Mn0.54Co0.13Ni0.13O2与负极材料乙炔黑按照质量比0.65∶0.25混合均匀后，用所述异丙醇作为溶剂，同时滴加1-2滴粘合剂，研磨后进行压膜；(2)压膜完成后在真空手套箱中组装成模拟电池；(3)在室温条件下，用LAND电池测试系统对模拟电池进行恒电流循环充放电测试，电压范围为2～4.8V，电流密度为1C＝300mA·g-1。
为了进一步优化上述技术方案，所述正极材料Na12Mn0.54Co0.13Ni0.13O2是由含Mn2+、Ni2+、Co2+、SO42-的溶液与NH4HCO3溶液通过共沉淀法生成球形三元材料前躯体Mn0.675Co0.1625Ni0.1625CO3，并且生成的Mn0.675Co0.1625Ni0.1625CO3再与Na2CO3溶液混合后加热制备生成的。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种智能通用型石墨烯配对钠离子新能源电池，其特征在于，包括：正极、负极和电解液；其中正极材料为Na12Mn0.54Co0.13Ni0.13O2；负极材料为乙炔黑；电解液为异丙醇。
2.根据权利要求1所述的智能通用型石墨烯配对钠离子新能源电池，其特征在于，新能源电池的制备方法为：(1)正极材料Na12Mn0.54Co0.13Ni0.13O2与负极材料乙炔黑按照质量比0.65∶0.25混合均匀后，用所述异丙醇作为溶剂，同时滴加1-2滴粘合剂，研磨后进行压膜；(2)压膜完成后在真空手套箱中组装成模拟电池；(3)在室温条件下，用LAND电池测试系统对模拟电池进行恒电流循环充放电测试，电压范围为2～4.8V，电流密度为1C＝300mA·g-1。
3.根据权利要求1所述的智能通用型石墨烯配对钠离子新能源电池，其特征在于，所述正极材料Na12Mn0.54Co0.13Ni0.13O2是由含Mn2+、Ni2+、Co2+、SO42-的溶液与NH4HCO3溶液通过共沉淀法生成球形三元材料前躯体Mn0.675Co0.1625Ni0.1625CO3，并且生成的Mn0.675Co0.1625Ni0.1625CO3再与Na2CO3溶液混合后加热制备生成的。
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