三氧化二锑及复合材料的制备方法和在钠离子电池中的应用技术

本发明专利技术公开了三氧化二锑及复合材料的制备方法和在钠离子电池中的应用。三氧化二锑及三氧化二锑复合材料的用途是用作钠离子电池负极材料，所述的三氧化二锑复合材料由三氧化二锑与碳、金属或金属氧化物通过复合方法制备，其中金属包括Ag、Au、Cu、Fe、Sn、Si、Ni，金属氧化物包括氧化镍、氧化铜、锡氧化物、钴氧化物、铁氧化物、锰氧化物，其中三氧化二锑所占的质量百分比为：50～99%。通过多种有效方法制备的三氧化二锑及其复合材料用作钠离子电池负极材料,具有比容量高,循环稳定性好的优点,同时制作成本低,适于钠离子电池大规模开发与应用。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了三氧化二锑及复合材料的制备方法和在钠离子电池中的应用。三氧化二锑及三氧化二锑复合材料的用途是用作钠离子电池负极材料，所述的三氧化二锑复合材料由三氧化二锑与碳、金属或金属氧化物通过复合方法制备，其中金属包括Ag、Au、Cu、Fe、Sn、Si、Ni，金属氧化物包括氧化镍、氧化铜、锡氧化物、钴氧化物、铁氧化物、锰氧化物，其中三氧化二锑所占的质量百分比为：50～99%。通过多种有效方法制备的三氧化二锑及其复合材料用作钠离子电池负极材料,具有比容量高,循环稳定性好的优点,同时制作成本低,适于钠离子电池大规模开发与应用。【专利说明】三氧化二锑及复合材料的制备方法和在钠离子电池中的应用
本专利技术涉及一种三氧化二锑及复合材料的制备方法和在钠离子电池中的应用，属于二次电池领域。
技术介绍
近年来，锂离子电池因其具有轻质量、高电压、高容量、大功率、放电平稳、环境友好等优点，在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等多方面展示出了广阔的应用前景和潜在的巨大经济效益。但是，有限的锂资源和持续升高的锂原料价格限制了锂离子电池的大规模开发。另一方面，钠元素的储量是极为丰富的(地壳中金属元素排名第四，占总储量的2.64%)，而且价格低廉，与锂元素处于同一主族，化学性质相似，电极电势也比较接近。因此，用钠取代锂得到的性能优良的钠离子电池将能解决锂电大规模储电应用的问题。为此，探寻高容量及优异循环性能的钠电极材料成为目前电池研究领域新的热点。由于钠离子的半径比锂离子大，在锂离子电池中达到商业应用的石墨碳负极材料由于其层间距较小(0.335 nm)而不能满足钠离子的自由脱嵌，无法应用于钠离子电池中。而无序化的、层间距较大的硬碳类材料则更适合用作钠离子电池负极材料，比容量最高可以达到300 mAh/go但是，相比于合金化类负极材料(如Sn, Sb, Si等),碳负极材料的比容量仍然较低。申请号为201210038789.0的中国专利技术专利公开了“一种钠离子电池负极材料”，该专利采用可与钠离子形成合金的金属作为钠离子电池负极材料，具有较高的比容量。然而，合金化负极材料在发生合金化反应时，会产生较大的体积膨胀，Sb在锂离子电池中生成Li3Sb时产生的体积膨胀为260%，而在钠离子电池中形成Na3Sb时体积膨胀达到390%。如此剧烈的体积膨胀将导致负极材料开裂粉化，从集流体上脱落从而失效，产生较大的容量衰减。为此，需要在保持合金化材料高比容量的条件下减缓体积膨胀，维持循环稳定性。
技术实现思路
为了弥补上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种三氧化二锑及复合材料的制备方法和在钠离子电池中的应用。三氧化二锑复合材料的制备方法是采用以下方法中的任一种: (1)将所述三氧化二锑与碳材料直接球磨混合； (2)将所述三氧化二锑与蔗糖、葡萄糖或、有机聚合物或金属盐球磨混合，再在保护气氛下加热处理； (3)采用气相沉积法对所述三氧化二锑进行包覆， 所述碳材料为石墨、乙炔黑、Super P、中间相微球或热解碳中的一种或多种。三氧化二锑复合材料的制备方法包括静电喷雾沉积法、沉淀法、水热法或燃烧法， 所述的静电喷雾沉积法为:将锑盐溶于乙醇、乙二醇、1，2-丙二醇溶剂中的一种或多种，形成浓度为0.0Ol?0.2 mol/L的金属阳离子前驱体溶液，在金属阳离子前驱体溶液中加入蔗糖、葡萄糖、有机聚合物或金属盐，混合均匀后匀速流向喷雾针头，在5?20 kV的静电场作用下，金属阳离子前驱体溶液形成稳定均匀的气溶胶喷雾，沉积于加热温度为100?300 °C的衬底上形成薄膜，将得到的薄膜在保护气氛下加热处理，得到三氧化二锑和碳、金属或金属氧化物复合材料； 所述沉淀法为:将锑盐溶于去离子水中形成均匀溶液，在均匀溶液中加入蔗糖、葡萄糖、有机聚合物或金属盐，缓慢滴加沉淀剂，沉淀剂的量由溶液中金属离子发生沉淀反应所需的物质的量计算确定，形成三氧化二锑沉淀，离心烘干后得到三氧化二锑和碳、金属或金属氧化物复合材料，所述的沉淀剂为氨水、氢氧化钠、碳酸钠的一种或多种； 所述的水热法为:将锑盐与活性剂溶于去离子水中，形成均匀溶液，在均匀溶液中加入蔗糖、葡萄糖、有机聚合物或金属盐，混合均匀后转移至水热反应釜中于100?300 °C下进行水热反应，反应时间为8?30h，反应结束后离心烘干得到三氧化二锑和碳、金属或金属氧化物复合材料，所述的活性剂为NaOH、溴化十六烷基三甲铵、聚醋酸乙烯酯、油酸、油胺中的一种或多种； 所述的燃烧法为:将醋酸锑和金属盐溶于去离子水中，充分混匀后加入燃烧剂，燃烧剂与金属离子的摩尔比为0.5:1?4:1,充分混匀后再加入氨水调节溶液pH至7,将溶液置于水浴中加热搅拌直至形成粘稠的凝胶，将该凝胶置于预升温至200?500°C的马弗炉中进行燃烧反应，并保温I小时，得到三氧化二锑和金属或金属氧化物复合材料，所述的燃烧齐U为柠檬酸、甘氨酸、尿素、乙二醇、丙氨酸、醋酸铵、琥拍酸、乙醇胺中的一种或多种； 所述锑盐为醋酸锑、氯化锑、酒石酸锑钾、氟化锑或硫化锑。所述的三氧化二锑复合材料用作钠离子电池负极材料。所述的三氧化二锑复合材料由三氧化二锑与碳、金属或金属氧化物通过复合方法制备，其中金属包括Ag、Au、Cu、Fe、Sn、S1、Ni，金属氧化物包括氧化镍、氧化铜、锡氧化物、钴氧化物、铁氧化物、锰氧化物，其中三氧化二锑所占的质量百分比为:50?99%。三氧化二锑的新用途是所述的三氧化二锑用作钠离子电池负极材料。本专利技术采用的三氧化二锑及其复合材料用作钠离子电池负极材料，与钠离子先发生转化反应，生成单质锑与氧化钠，随后锑与钠发生合金化反应，转化反应生成的氧化钠可以缓解后续合金化过程中的体积膨胀，通过两步反应计算得到三氧化二锑的理论比容量可达1103 mAh/g,而单质铺的理论比容量仅为660 mAh/g。同时,三氧化二铺的摩尔体积比单质锑大，同等条件下合金化所产生的体积膨胀变化也比单质锑小。此外，将三氧化二锑也与其他材料复合会进一步缓解体积膨胀和粉化开裂现象。通过多种有效方法制备的三氧化二锑及其复合材料用作钠离子电池负极材料，具有比容量高，循环稳定性好的优点，同时制作成本低，适于钠离子电池大规模开发与应用。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术实施例1制备的Sb2O3材料的X射线衍射图谱 图2为本专利技术实施例1制备的Sb2O3材料的扫描电镜照片 图3为本专利技术实施例1制备的Sb2O3材料的充放电曲线图 图4为本专利技术实施例1制备的Sb2O3材料循环性能曲线。【具体实施方式】下面通过具体的实施例进一步说明本专利技术，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明使用，而不应理解为用于以任何形式限制本专利技术。本部分对本专利技术实验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本专利技术目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本专利技术仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在上下文中，如果未特别说明，本专利技术所用材料和操作方法是本领域公知的。实施例1 本实施例采用静电喷雾沉积制备三氧化二锑钠离子电池负极材料，具体步骤为: 将醋酸锑溶于乙醇/乙二醇(体积比为4:1)的混合溶剂中，形成浓度为0.01 mol本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三氧化二锑复合材料的制备方法，其特征在于采用以下方法中的任一种：（1）将所述三氧化二锑与碳材料直接球磨混合；（2）将所述三氧化二锑与蔗糖、葡萄糖或、有机聚合物或金属盐球磨混合，再在保护气氛下加热处理；（3）采用气相沉积法对所述三氧化二锑进行包覆，所述碳材料为石墨、乙炔黑、Super P、中间相微球或热解碳中的一种或多种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姜银珠，胡梅娟，严密，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33