[发明专利]一种钠离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种钠离子电池负极材料及其制备方法。所述负极材料为ZIF8/氧化锌/还原氧化石墨烯三元复合材料，其制备过程包括，采用静电纺丝法制备氧化石墨烯纤维，通过强还原剂进行还原制备得到还原氧化石墨烯纤维，随后利用水热法将氧化锌与还原氧化石墨烯纤维复合得到氧化锌/还原氧化石墨烯复合材料，再通过氧化锌诱导制备ZIF8/氧化锌/还原氧化石墨烯三元复合材料。通过引入石墨烯弥补了氧化锌电极对电子和钠离子传输效率的不足，同时ZIF8的高比面积提升了材料的结构稳定性和离子吸附能力。还原氧化石墨烯纤维，氧化锌，ZIF8三者协同作用，共同提升钠离子电池的电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种高比容量的钠离子电池负极材料及其制备方法，属于材料化学领域。

背景技术

自从1991年锂离子电池成功商业化以来，在便携式储能方面取得了巨大成功。但是，锂资源的稀缺性导致锂离子电池成本的持续增加。钠离子电池具有与锂离子电池类似的充放电机制，且钠资源远比锂要丰富的多，所以钠离子电池是锂离子电池的理想替代品。然而用于锂离子电池的商业化石墨阳极在钠离子电池中并不适用。因此，钠离子电池负极材料的研究对钠离子电池的开发具有重要意义。

ZnO作为典型的金属氧化物具有储量丰富，成本低廉，环境友好等优点和优异的电化学性能，已被证明是钠离子电池的非常有潜力的候选者。但是将单纯的氧化锌用于钠离子电池负极材料时，由于在钠离子电池反复的充放电过程中，钠离子进行反复的嵌入和脱出，会造成钠离子电池负极材料巨大的体积膨胀和收缩，氧化锌电极材料容易损坏，因此单纯的氧化锌在作为钠离子电池负极材料时通常表现出较差的循环稳定性。为了解决上述问题引入各种导电碳材料(包括石墨烯，碳纳米管，多孔碳等)是一种提升氧化锌电极稳定性的有效方法。石墨烯已被证明是一种非常有前景的碳材料，其比表面积大，电导率高，可以有效地改善电子传输速度。

金属有机骨架(Metal Organic Frameworks，MOFs)是继沸石分子筛发展后新兴的一种多孔材料，其表面可接枝修饰能力、孔道可调控性以及具有无机分子筛膜的吸附筛分性能，也成为电极材料研究领域的热点之一。MOFs材料由金属中心原子和有机配体结合而成的，种类繁多，可选择空间大；可应用于电极材料领域，由于其多孔性和高比表面积的特性，可以极大的提升电极材料的电化学性能。其中，咪唑类沸石结构材料(ZeoliticImidazolate Frameworks,ZIFs)是MOFs材料中的一员，因具有沸石分子筛的拓扑结构而得名，具有优异的热稳定性和化学稳定性。

发明内容

本发明的目的是为了克服氧化锌应用于钠离子电池负极材料时导电性和结构稳定性的不足，提供一种高比容量钠离子电池负极材料及其制备方法。通过调控Zn0的形貌并将其与导电性良好的还原氧化石墨烯复合，再通过氧化锌诱导在氧化锌表面生成一层ZIF8，从而改善Zn0负极材料的储钠电化学性能，缓解循环过程中的Zn0体积膨胀等问题。

具体地，所述钠离子电池负极材料为一种ZIF8/氧化锌/还原氧化石墨烯三元复合材料，所述复合材料的制备过程包括，采用静电纺丝法制备氧化石墨烯纤维，通过强还原剂进行还原制备得到还原氧化石墨烯纤维，随后利用水热法将氧化锌与还原氧化石墨烯纤维复合得到氧化锌/还原氧化石墨烯复合材料，再通过氧化锌诱导制备ZIF8/氧化锌/还原氧化石墨烯三元复合材料。

所述钠离子电池负极材料的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)制备还原氧化石墨烯纤维：

配制氧化石墨烯水溶液，超声分散均匀，向其中加入氢氧化钠，在60℃-80℃下搅拌反应3-5h，抽滤干燥，得到固体粉末。将所述固体粉末置于N,N-二甲基甲酰胺中配置成纺丝原液，通过湿法纺丝的方法制备得到氧化石墨烯纤维。将制备好的氧化石墨烯纤维置于反应皿中，滴加水合肼，之后置于恒温炉中，于90～120℃下保温6～12h，得到还原氧化石墨烯纤维。

(2)制备氧化锌/还原氧化石墨烯纤维：