一种锑基空心纳米材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种锑基空心纳米材料的制备方法及应用，制备方法包括以下步骤：将铜纳米材料溶于溶剂中得到第一溶液，将SbCl3溶于溶剂中得到第二溶液，将所述第一溶液与所述第二溶液混合，反应一段时间后得到锑基空心纳米材料，所述溶剂为二甲基亚砜、乙醇、异丙醇、甲苯或者正己烷中的任意一种。采用该方法制备得到的锑基空心纳米材料可以作为负极材料应用在钠离子电池或锂离子电池，其具有良好的倍率性能、超长的循环稳定性和较高的比容量。

Preparation and Application of Antimony-based Hollow Nanomaterials

The invention discloses a preparation method and application of antimony-based hollow nanomaterials. The preparation method comprises the following steps: first solution is obtained by dissolving copper nanomaterials in solvents, second solution is obtained by dissolving SbCl3 in solvents, the first solution is mixed with the second solution, and antimony-based hollow nanomaterials are obtained after reaction for a period of time, the solvents are dimethyl sulfoxide and ethyl ether. Any of various alcohols, isopropanol, toluene, or n-hexane. Antimony-based hollow nanomaterials prepared by this method can be used as anode materials in sodium ion batteries or lithium ion batteries. They have good rate performance, super-long cycle stability and high specific capacity.

【技术实现步骤摘要】
一种锑基空心纳米材料的制备方法及应用
本专利技术涉及钠离子电池
，具体涉及一种锑基空心纳米材料的制备方法及应用。
技术介绍
近年来钠离子电池在大规模储能领域受到了学术界和工业界的广泛关注。电池性能强烈依赖于正极、负极、电解质以及它们之间的兼容性。其中负极材料是钠离子电池发展的关键因素。因此开发出用于可充电钠离子电池的高性能负极材料迫在眉睫。金属锑是很有潜力的钠离子电池负极材料之一,其理论比容量高达660mAh/g。然而锑基材料在储钠后会发生严重的体积膨胀，造成锑基材料粉化，严重影响电池的稳定性。
技术实现思路
为了克服上述技术缺陷，本专利技术提供了一种锑基空心纳米材料的制备方法及应用，采用该方法制备得到的锑基空心纳米材料可以作为负极材料应用在钠离子电池或锂离子电池，其具有良好的倍率性能、超长的循环稳定性和较高的比容量。为了达到上述技术效果，本专利技术提供了一种锑基空心纳米材料的制备方法，包括以下步骤：将铜纳米材料溶于溶剂中得到第一溶液，将SbCl3溶于溶剂中得到第二溶液，将所述第一溶液与所述第二溶液混合，反应一段时间后得到锑基空心纳米材料，所述溶剂为二甲基亚砜、乙醇、异丙醇、甲苯或者正己烷中的任意一种。进一步的技术方案为，所述铜纳米材料的形状为铜纳米颗粒、铜纳米线、铜纳米管、铜纳米锥或铜纳米立方块中的任意一种。进一步的技术方案为，所述铜纳米颗粒的直径为2-500nm，所述铜纳米线的宽为2-500nm，长为1-1000μm；铜纳米管的直径为10-100nm，长为：1-1000μm；铜纳米锥的尺寸底部直径为50-150nm，尖端直径为：10-45nm，长度为1-10μm；铜纳米立方块直径为10-200nm。进一步的技术方案为，所述第一溶液的浓度为0.01-500mg/mL。进一步的技术方案为，所述第二溶液的配置方法为所述第二溶液的配置方法为将SbCl3溶于所述溶剂中，然后加入0-1mol/L的四丁基四氟硼酸铵，得到第二溶液，所述第二溶液的浓度为0.001-5mol/L。进一步的技术方案为，所述空心纳米材料中铜与锑的摩尔比为1:0.5-5。进一步的技术方案为，所述第一溶液与第二溶液的反应时间大于五分钟。本专利技术还提供了一种锑基空心纳米材料的应用，将锑基空心纳米材料用于钠离子电池或锂离子电池的负极材料。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术将第一溶液和第二溶液混合后发生置换反应，同时由于铜物种向外扩散的速度快于锑向内的扩散速度从而形成管状结构，也就是所谓的Kirkendall效应。所制备的空心结构纳米材料，可以有效缓冲材料的体积膨胀，从而提高电池的性能，将锑基空心纳米材料作为负极材料应用在钠离子电池或锂离子电池中，该类材料用作钠离子或者锂离子电池的负极材料时，具有良好的倍率性能、超长的循环稳定性和较高的比容量。附图说明图1为锑纳米管的X射线衍射谱图；图2为锑纳米管的透射电镜图；图3为锑纳米管负极钠离子电池的倍率性能示意图；图4为锑纳米管负极钠离子电池的循环稳定性示意图。具体实施方式以下实施例将对本专利技术予以进一步的说明，但并不因此而限制本专利技术。实施例1将粒径为2nm的铜纳米颗粒配制成10mg/mL的二甲基亚砜(DMSO)溶液(第一溶液)。然后配制含0.01mol/L四丁基四氟硼酸铵(TBABF4)的0.01mol/LSbCl3DMSO溶液，铜/锑摩尔比为1:1.5(第二溶液)。将第一溶液和第二溶液在磁力搅拌器上混合后搅拌，搅拌速度为100转/分钟，反应0.5小时。将产物用乙醇洗涤、离心，通过真空干燥获得了空心锑纳米颗粒。将空心纳米颗粒、炭黑和羧甲基纤维素钠(CMC)按照质量比：7：2：1配置成浆料涂在铜箔上，与钠金属薄片组装成半电池，隔膜为玻璃纤维，电解液为1MNaClO4的EC/CMC(体积比1：1)溶液，考察了电池的电化学性能，在100mAg-1电流密度下，容量为598mAhg-1。实施例2将粒径为100nm的铜纳米颗粒配制成20mg/mL的异丙醇溶液(第一溶液)。然后配制0.01mol/LSbCl3异丙醇溶液(第二溶液)。将第一溶液和第二溶液混合，铜/锑摩尔比为1:2.5，反应72小时。将产物用乙醇洗涤、离心，通过真空干燥获得了空心锑纳米颗粒。将空心锑纳米颗粒、炭黑和CMC按照质量比8：1：1配置成浆料涂在铜箔上，并与钠金属薄片组装成半电池，隔膜为玻璃纤维，电解液为1MNaClO4的EC/CMC(体积比1：1)溶液，测试了电池的电化学性能，在100mAg-1电流密度下，容量为570mAhg-1。实施例3将粒径为300nm的铜纳米颗粒配制成10mg/mL的甲苯溶液(第一溶液)。然后配制0.01mol/LSbCl3甲苯溶液(第二溶液)，将第一溶液、第二溶液混合，铜/锑摩尔比为1:3，反应0.5小时。将产物用乙醇洗涤、离心，通过真空干燥获得了空心锑纳米颗粒。将空心锑纳米颗粒、炭黑和CMC按照质量比：8：1：1配置成浆料涂在铜箔上，与钠金属薄片组装成半电池，隔膜为玻璃纤维，电解液为1MNaClO4的EC/CMC(体积比1：1)溶液，测试了电池的电化学性能，在1000mAg-1电流密度下，容量为500mAhg-1。实施例4将直径为500nm的铜纳米颗粒配制成20mg/mL的乙醇溶液(第一溶液)。然后配制含0.1mol/L四丁基四氟硼酸铵(TBABF4)的0.01mol/LSbCl3乙醇溶液(第二溶液)。将第一溶液、第二溶液在磁力搅拌器上混合后搅拌，搅拌速度为300转/分，钟铜/锑摩尔比为1:2，反应1小时。将产物用乙醇洗涤、离心，通过真空干燥获得了空心锑纳米颗粒。将空心锑纳米颗粒、炭黑和CMC按照质量比：8：1：1配置成浆料涂在铜箔上，与钠金属薄片组装成对称电池，隔膜为玻璃纤维，电解液为1MNaClO4的EC/CMC(体积比1：1)溶液，测试了电池的电化学性能，在1000mAg-1电流密度下，容量为505mAhg-1。实施例5将直径为45nm的铜纳米线配制成5mg/mL的二甲基亚砜(DMSO)溶液(第一溶液)。然后配制含0.1mol/L四丁基四氟硼酸铵(TBABF4)的0.1mol/LSbCl3DMSO溶液(第二溶液)。将第一溶液、第二溶液在磁力搅拌器上混合后搅拌，铜/锑摩尔比为1:2，搅拌速度为300转/分钟，反应2小时。将产物用乙醇洗涤、离心，通过真空干燥获得了锑纳米管，晶体结构如图1所示，为纯锑，未见其他物质的衍射峰，形貌如图2所示为管状，直径约为50nm。将锑纳米管、炭黑和CMC按照质量比7：2：1配置成浆料涂在铜箔上，与钠金属薄片组装成半电池，隔膜为玻璃纤维，电解液为1MNaClO4的EC/CMC(体积比1：1)溶液，测试了电池的电化学性能。图3为不同电流密度下电池的倍率性能：在100mAg-1、200mAg-1、600mAg-1、1000mAg-1、2000mAg-1、6000mAg-1、和10000mAg-1电流密度下的比容量分别为600mAhg-1、580mAhg-1、540mAhg-1、500mAhg-1、460mAhg-1、380mAhg-1和280mAhg-1，从图中可以看出当电流密度回到100mAg-1，可逆容量又恢复至起始电流密度下的容量600mAhg-1，证明电池具有良好的倍率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锑基空心纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将铜纳米材料溶于溶剂中得到第一溶液，将SbCl3溶于溶剂中得到第二溶液，将所述第一溶液与所述第二溶液混合，反应一段时间后得到锑基空心纳米材料，所述溶剂为二甲基亚砜、乙醇、异丙醇、甲苯或者正己烷中的任意一种。

【技术特征摘要】
1.一种锑基空心纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将铜纳米材料溶于溶剂中得到第一溶液，将SbCl3溶于溶剂中得到第二溶液，将所述第一溶液与所述第二溶液混合，反应一段时间后得到锑基空心纳米材料，所述溶剂为二甲基亚砜、乙醇、异丙醇、甲苯或者正己烷中的任意一种。2.根据权利要求1所述的锑基空心纳米材料的制备方法，其特征在于，所述铜纳米材料的形状为铜纳米颗粒、铜纳米线、铜纳米管、铜纳米锥或铜纳米立方块中的任意一种。3.根据权利要求2所述的锑基空心纳米材料的制备方法，其特征在于，所述铜纳米颗粒的直径为2-500nm，所述铜纳米线的宽为2-500nm，长为1-1000μm；所述铜纳米管的直径为10-100nm，长为：1-1000μm；所述铜纳米锥的尺寸底部直径为50-150nm，尖端直径为：10-45nm...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文华，刘妍，周斌，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院化工材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51