一种用于锂离子/钠离子电池负极的纳米片状Sb/C复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于锂离子/钠离子电池负极的纳米片状Sb/C复合材料的制备方法，属于锂离子/钠离子电池负极材料技术领域。本发明专利技术的技术方案要点为：将锑盐和配体溶于溶剂中反应得到片状沉淀为中间体；将所得中间体进行间苯二酚‑甲醛碳包覆，再经烧结后即可得到用于锂离子/钠离子电池负极的纳米片状Sb/C复合材料。本发明专利技术的合成方法具有设备简单、操作简便、制得产物结构特殊等优点，制得的纳米片状Sb/C复合材料可大大提高锂离子/钠离子电池的能量密度和倍率性能。

Fabrication of nano-sheet Sb/C composite for negative electrode of lithium ion/sodium ion battery

【技术实现步骤摘要】
一种用于锂离子/钠离子电池负极的纳米片状Sb/C复合材料的制备方法
本专利技术属于锂离子/钠离子电池负极材料
，具体涉及一种用于锂离子/钠离子电池负极的纳米片状Sb/C复合材料的制备方法。
技术介绍
随着社会的发展和生活水平的不断提高，人们对能源需求量也急剧增加。近年来，化石能源短缺已经成为全球亟需解决的关键性问题之一，为了缓解这一现状，国内外众多学者对风能、太阳能、潮汐能等可再生能源进行了深入的研究。虽然在一定程度上缓解了能源短缺，但是受限于自然因素，在其使用时要求配套大规模能量存储设施。因此，开展高能量密度、长循环寿命、绿色环保的储能体系研究势在必行，且将会对绿色环保和可持续发展做出贡献。但对于大多数新型负极材料存在着一些问题：在微米尺度及以上的块体材料中，充放电循环过程中材料有巨大的体积膨胀；此外，离子和电子在材料中的运动速率较慢，使得材料的倍率性能不佳。二者共同作用的结果导致活性物质粉化并脱离集流体，从而使得电极材料出现倍率性能差和可逆容量明显衰减等问题，使得其在锂电池/钠电池的应用中受到了很大的限制，影响了电极材料的进一步发展。本专利技术涉及一种用于锂离子/钠离子电池负极的纳米片状Sb/C复合材料的制备方法，其中纳米结构在一定程度上抑制材料体积膨胀效应，而与碳复合则能提高材料的导电性，因此该复合材料组装的锂电池/钠电池表现出优良的电化学储锂/钠性能。
技术实现思路
本专利技术针对大多数新型锂离子/钠离子电池负极材料在微米尺度及以上的块体材料存在的问题：充放电循环过程中材料有巨大的体积膨胀；离子和电子在材料中的运动速率较慢，使得材料有倍率性能不佳；而提供了一种用于锂离子/钠离子电池负极的纳米片状Sb/C复合材料的制备方法，该方法制得的纳米级薄片状电池负极复合材料能够使得锂离子/钠离子电池具有较高的能量密度和较好的倍率性能。本专利技术为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种用于锂离子/钠离子电池负极的纳米片状Sb/C复合材料的制备方法，其特征在于具体过程为：步骤S1：将锑盐和配体分别溶于溶剂中得到锑盐溶液和配体溶液，其中锑盐为SbCl3、Sb(NO3)3、Sb2(SO4)3或Sb(CH3COO)3中的一种或多种，配体为邻苯二甲酸、2,5-二羟基对苯二甲酸、4,4-联吡啶、顺1,3-二甲基咪唑、2-甲基咪唑、1,3,5-三(4-羧基苯基)苯或PVP-K30中的一种或多种，溶剂为乙二醇、乙醇、甲醇、丙酮、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、乙烷或四氢呋喃中的一种或多种，再将锑盐溶液和配体溶液混合并于0~60℃持续搅拌反应1~12h，反应结束后经陈化、离心洗涤、干燥后得到纳米片状Sb前驱体；步骤S2：将步骤S1得到的纳米片状Sb前驱体分散于乙醇和水的混合溶液中，再加入间苯二酚、甲醛、CTAB和氢氧化铵进行碳包覆，持续搅拌反应0.5~10h，反应结束后经陈化、离心洗涤、干燥后得到纳米片状Sb/C前驱体；步骤S3：将步骤S2得到的纳米片状Sb/C前驱体在还原气氛中以1~10℃/min的升温速率升温至200~700℃煅烧6~48h，待自然冷却后得到目标产物用于锂离子/钠离子电池负极的纳米片状Sb/C复合材料。优选的，所述锑盐溶液的浓度为0.05~10mg/mL，配体溶液的浓度为6~20mg/mL，锑盐溶液与配体溶液的体积比为3:1。优选的，步骤S1和步骤S2中的干燥温度均为20~70℃，陈化时间均为12~72h。优选的，所述还原气氛为体积分数5%~30%的氢气与氩气的混合气体。优选的，所述用于锂离子/钠离子电池负极的纳米片状Sb/C复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：步骤S1：将锑盐SbCl3和配体2-甲基咪唑分别溶于溶剂甲醇中得到浓度为0.05mg/mL的锑盐溶液和浓度为20mg/mL的配体溶液，将锑盐溶液和配体溶液混合并于25℃持续搅拌反应3h，反应结束后经陈化18h、甲醇离心洗涤、60℃干燥后得到纳米片状Sb前驱体；步骤S2：将步骤S1得到的纳米片状Sb前驱体分散于乙醇和水的混合溶液中形成浓度为10mg/mL的分散液，再加入间苯二酚、甲醛、CTAB和氢氧化铵进行碳包覆，持续搅拌反应3h，反应结束后经陈化18h、乙醇离心洗涤、60℃干燥后得到纳米片状Sb/C前驱体；步骤S3：将步骤S2得到的纳米片状Sb/C前驱体在体积分数为10%的氢气与氩气的混合气体中以9℃/min的升温速率升温至600℃煅烧8h，待自然冷却后得到目标产物用于锂离子/钠离子电池负极的纳米片状Sb/C复合材料；该用于锂离子/钠离子电池负极的纳米片状Sb/C复合材料研磨制成浆料，涂在铜箔上，经过80℃烘干24h后再真空干燥24h，以金属锂作为正极进行电池组装，纽扣电池型号为CR2032，电池恒流充放电测试的电压范围为0.005-3V，测试仪器型号为蓝电充/放电仪，在室温下0.1C倍率进行充放电，锂离子电池的首次放电比容量为1252mAh/g，循环22次后该锂离子电池的放电比容量为832mAh/g。优选的，所述用于锂离子/钠离子电池负极的纳米片状Sb/C复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：步骤S1：将锑盐Sb(NO3)3和配体顺1,3-二甲基咪唑分别溶于溶剂甲醇中得到浓度为0.1mg/mL的锑盐溶液和浓度为10mg/mL的配体溶液，将锑盐溶液和配体溶液混合并于25℃持续搅拌反应12h，反应结束后经陈化18h、甲醇离心洗涤3次、60℃干燥后得到纳米片状Sb前驱体；步骤S2：将得到的纳米片状Sb前驱体分散于乙醇和水的混合溶液中形成浓度为10mg/mL的分散液，再加入间苯二酚、甲醛、CTAB和氢氧化铵进行碳包覆，持续搅拌反应3h，反应结束后经陈化18h、乙醇离心洗涤3次、60℃干燥后得到纳米片状Sb/C前驱体；步骤S3：将得到的纳米片状Sb/C前驱体在体积分数为10%的氢气与氩气的混合气体中以1℃/min的升温速率升温至600℃煅烧8h，待自然冷却后得到目标产物用于锂离子/钠离子电池负极的纳米片状Sb/C复合材料；该用于锂离子/钠离子电池负极的纳米片状Sb/C复合材料研磨制成浆料，涂在铜箔上，经过80℃烘干24h后再真空干燥24h，以金属钠作为正极进行电池组装，纽扣电池型号为CR2032，电池恒流充放电测试的电压范围为0.005-3V，测试仪器型号为蓝电充/放电仪，在室温下进行倍率充放电测试，钠离子电池在不同电流密度下的倍率循环测试，在100mA/g、200mA/g、500mA/g、1000mA/g、2000mA/g、10000mA/g的电流密度下容量分别为852mA/g、776mA/g、695mA/g、534mA/g、472mA/g、265mA/g、786mA/g，而到100mA/g电流密度时又回到了容量794mA/g。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：本专利技术的合成方法具有简单、可靠及制得产品结构特殊等优点，所制得的纳米片状Sb/C复合材料组装的锂离子/钠离子电池具有较好的倍率性能和较高的能量密度。附图说明图1是实施例1制得纳米片状Sb/C复合材料的XRD图；图2是实施例1制得纳米片状Sb/C复合材料的TEM图；图3是实施例1制得纳米片状Sb/C复合材料制备的锂离子电池在0.1C倍率室温下的充放电曲线；图4是实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于锂离子/钠离子电池负极的纳米片状Sb/C复合材料的制备方法，其特征在于具体过程为：步骤S1：将锑盐和配体分别溶于溶剂中得到锑盐溶液和配体溶液，其中锑盐为SbCl3、Sb(NO3)3、Sb2(SO4)3或Sb(CH3COO)3中的一种或多种，配体为邻苯二甲酸、2,5‑二羟基对苯二甲酸、4,4‑联吡啶、顺1,3‑二甲基咪唑、2‑甲基咪唑、1,3,5‑三(4‑羧基苯基)苯或PVP‑K30中的一种或多种，溶剂为乙二醇、乙醇、甲醇、丙酮、二甲基亚砜、N‑甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、乙烷或四氢呋喃中的一种或多种，再将锑盐溶液和配体溶液混合并于0~60℃持续搅拌反应1~12h，反应结束后经陈化、离心洗涤、干燥后得到纳米片状Sb前驱体；步骤S2：将步骤S1得到的纳米片状Sb前驱体分散于乙醇和水的混合溶液中，再加入间苯二酚、甲醛、CTAB和氢氧化铵进行碳包覆，持续搅拌反应0.5~10h，反应结束后经陈化、离心洗涤、干燥后得到纳米片状Sb/C前驱体；步骤S3：将步骤S2得到的纳米片状Sb/C前驱体在还原气氛中以1~10℃/min的升温速率升温至200~700℃煅烧6~48h，待自然冷却后得到目标产物用于锂离子/钠离子电池负极的纳米片状Sb/C复合材料。...

【技术特征摘要】
1.一种用于锂离子/钠离子电池负极的纳米片状Sb/C复合材料的制备方法，其特征在于具体过程为：步骤S1：将锑盐和配体分别溶于溶剂中得到锑盐溶液和配体溶液，其中锑盐为SbCl3、Sb(NO3)3、Sb2(SO4)3或Sb(CH3COO)3中的一种或多种，配体为邻苯二甲酸、2,5-二羟基对苯二甲酸、4,4-联吡啶、顺1,3-二甲基咪唑、2-甲基咪唑、1,3,5-三(4-羧基苯基)苯或PVP-K30中的一种或多种，溶剂为乙二醇、乙醇、甲醇、丙酮、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、乙烷或四氢呋喃中的一种或多种，再将锑盐溶液和配体溶液混合并于0~60℃持续搅拌反应1~12h，反应结束后经陈化、离心洗涤、干燥后得到纳米片状Sb前驱体；步骤S2：将步骤S1得到的纳米片状Sb前驱体分散于乙醇和水的混合溶液中，再加入间苯二酚、甲醛、CTAB和氢氧化铵进行碳包覆，持续搅拌反应0.5~10h，反应结束后经陈化、离心洗涤、干燥后得到纳米片状Sb/C前驱体；步骤S3：将步骤S2得到的纳米片状Sb/C前驱体在还原气氛中以1~10℃/min的升温速率升温至200~700℃煅烧6~48h，待自然冷却后得到目标产物用于锂离子/钠离子电池负极的纳米片状Sb/C复合材料。2.根据权利要求1所述的用于锂离子/钠离子电池负极的纳米片状Sb/C复合材料的制备方法，其特征在于：所述锑盐溶液的浓度为0.05~10mg/mL，配体溶液的浓度为6~20mg/mL，锑盐溶液与配体溶液的体积比为3:1。3.根据权利要求1所述的用于锂离子/钠离子电池负极的纳米片状Sb/C复合材料的制备方法，其特征在于：步骤S1和步骤S2中的干燥温度均为20~70℃，陈化时间均为12~72h。4.根据权利要求1所述的用于锂离子/钠离子电池负极的纳米片状Sb/C复合材料的制备方法，其特征在于：所述还原气氛为体积分数5%~30%的氢气与氩气的混合气体。5.根据权利要求1所述的用于锂离子/钠离子电池负极的纳米片状Sb/C复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：步骤S1：将锑盐SbCl3和配体2-甲基咪唑分别溶于溶剂甲醇中得到浓度为0.05mg/mL的锑盐溶液和浓度为20mg/mL的配体溶液，将锑盐溶液和配体溶液混合并于25℃持续搅拌反应3h，反应结束后经陈化18h、甲醇离心洗涤、60℃干燥后得到纳米片状Sb前驱体；步骤S2：将步骤S1得到的纳米片状Sb前驱体分散于乙醇和水的混合溶液中形成浓度为10mg/mL的分散液，再加入间苯二酚、甲醛、CTAB和氢氧化铵进行碳包覆，持续搅拌反...

【专利技术属性】
技术研发人员：李苞，刘晓阳，代冬梅，王琳，李再欢，王晓娟，曹博博，周新新，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：河南,41