[发明专利]一种蒽醌二羟基钠盐‑石墨烯复合物及制备与应用

说明书

技术领域

本发明属于钠离子电池材料技术领域，具体涉及一种蒽醌二羟基钠盐-石墨烯复合物及制备与应用。

背景技术

近年来，随着电动汽车和智能电网的发展和应用，商品化的锂离子电池也凸显出了自己的局限性。而自然界中含有丰富的钠资源，且提炼相对容易，导致室温钠离子电池的研究备受关注。正极材料是钠离子电池的一个重要组成部分。电池的能量密度主要取决于正极材料的能量密度，近年来研究者们对钠离子正极材料的研究投入了大量工作。其中研究较为广泛的包括金属氧化物、聚阴离子型化合物、金属氟化物以及普鲁士蓝类化合物等基于过渡金属的无机化合物电极材料正极材料。而这些无机化合物电极材料受到资源有限、环境不友好和成本过高等缺点的限制。

绿色有机电极材料原材料丰富、资源可再生、分子水平上可设计性强和比容量大等优点可实现下一代新型可充电池的循环寿命长、能量密度、功率密度高、成本低、安全性高、能够可持续和环境友好等需求。然而，有机化合物作为二次电池材料也存在诸多问题。首先，差的导电性及在电解液中的溶解性，以及没有较好的电子导电通道及间隙位置，而导致差的循环性能、倍率性能及循环过程容量快速下降；其次，作为正极材料放电平台低，而作为负极材料的放电平台又比较高。因此针对以上问题，本项目从有机分子结构着手，对有机分子结构进行设计，通过使得羰基化合物成盐提高电子的电导率。另外石墨烯是一个两维的独特结构，拥有非常好的物理性能，如很高的电子传导性、载流子迁移、很大的比表面积、很大的机械强度。因此，利用各种石墨烯应用到钠离子电池中来提高电池材料性能。目前有许多报道关于石墨烯-聚合物复合物应用到能量储存中。然而仅仅少部分人报道了墨烯-有机物复合物。根据目前文献报道中，并没有通过石墨烯来复合蒽醌二羟基钠盐来改善其作为钠电池正极材料的电化学性能。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种蒽醌二羟基钠盐-石墨烯复合物的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的蒽醌二羟基钠盐-石墨烯复合物。

本发明的再一目的在于提供上述蒽醌二羟基钠盐-石墨烯复合物作为钠离子电池正极材料的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种蒽醌二羟基钠盐-石墨烯复合物的制备方法，包括如下制备步骤：

(1)将1,5-二羟基蒽醌(DHAQ)加入到溶剂中搅拌溶解均匀，然后滴加NaOH溶液回流搅拌反应，反应完成后蒸除溶剂，产物经清洗、干燥和去除杂质水，得到1,5-二羟基蒽醌二钠(DHAQNa)；

所述1,5-二羟基蒽醌二钠(DHAQNa)具有式(I)所示的结构式：

(2)将步骤(1)所得DHAQNa经研磨后与石墨烯一起分散到溶剂中，放入球磨罐中球磨制成浊液；

(3)将步骤(2)得到的浊液经超声处理后，真空干燥共沉淀，得到1,5-二羟基蒽醌二钠-石墨烯复合物(DHAQNa/G)。

优选地，步骤(1)中所述的溶剂是指N,N-二甲基甲酰胺、丙酮、甲醇、乙醇和二氯甲烷中的任意一种。

优选地，步骤(1)中所述1,5-二羟基蒽醌与NaOH的加入摩尔比为(2～6):1。

优选地，步骤(1)中所述回流反应的时间为8～12小时。

优选地，步骤(2)中所述DHAQNa与石墨烯用量的质量比为(1～3):1。

优选地，步骤(2)中所述的球磨是指在石英材质的球磨罐中球磨2～5小时。

优选地，步骤(2)中所述的溶剂是指N-甲基吡咯烷酮。

优选地，步骤(2)所得浊液中DHAQNa的浓度为6～14mg/mL。

优选地，步骤(3)中所述真空干燥共沉淀是指在60～90℃下真空干燥共沉淀12～24小时。

一种蒽醌二羟基钠盐-石墨烯复合物，通过上述方法制备得到。

上述蒽醌二羟基钠盐-石墨烯复合物作为钠离子电池正极材料的应用。

本发明的制备方法及所得到的产物具有如下优点及有益效果：

(1)本发明方法采用简单球磨、超声与真空干燥共沉淀过程制羟基蒽醌二钠/石墨烯复合物，不仅合成方法简单易行，避开了其他合成技术中繁琐的处理步骤和对设备的高要求，成本低，而且产率高，节能环保。