一种块状铋碳复合物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种块状铋碳复合物及其制备方法和应用，涉及能源材料和电化学技术领域。块状铋碳复合物的制备方法包括以下步骤：(1)以柠檬酸铋，柠檬酸和氨水为原料，加水溶解后，进行反应，得到产物混合液；(2)用洗涤溶液洗涤所述步骤(1)中制备的产物混合液，离心，烘干得到白色粉末状的铋铵盐配合物；(3)将所述步骤(2)中制备的白色粉末状的铋铵盐配合物在惰性气氛中热解碳化，得到铋碳复合物。本发明专利技术制备的块状铋碳复合物作为钠/钾离子电池负极材料的电化学性能优异，具有超高首次效率，高的比容量，优异的倍率性能以及稳定的循环性，具有广阔的商业化应用前景，且本发明专利技术方法简单易行，条件温和可控，成本低廉，适合推广使用。适合推广使用。适合推广使用。

【技术实现步骤摘要】
一种块状铋碳复合物及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及能源材料和电化学
，特别涉及一种块状铋碳复合物及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，钠/钾离子电池凭借其突出的电化学性能、低廉的价格以及安全可靠等优势成为了新一代的能量存储技术。然而开发具有高比容量，高稳定循环，高倍率的钠/钾储存材料仍然是一个挑战。由于碳材料过低的嵌钠电位易造成枝晶的严重生长，导致电池的安全性能下降；过渡金属氧/硫化物材料在充放电过程会发生多步相转化过程，严重影响电池的循环稳定性；而金属及合金类负极材料具有合适的电位(0.2
‑
1.0V)和较高的体积比容量，具有一定的优势。其中，铋金属材料由于其能带间隙较窄和离子电导率较高等优点被认为是一种理想的合金负极材料。但是，当溶剂化的钠离子在固相金属材料中脱嵌时，材料的体积将发生剧烈的变化，材料容易粉碎，脱离集流体，进而造成性能的不断衰退。另外，电极间界面也往往容易诱发厚的、不均匀的、相当不稳定的固体电解质中间相(SEI)，造成过低的首圈库伦效率，导致容量损失和循环下降。
[0003]因此，本领域的技术人员致力于开发一种具有合适电位的高稳定循环，高首效且具有快速充放电能力的高性能负极材料。

技术实现思路

[0004]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是现有的钠/钾离子电池负极材料比容量低、库伦效率低、循环差等问题，提供一种块状铋碳复合物及其制备方法和应用，合成的块状铋碳复合物具有高首效，高比容量，优异的倍率性能以及稳定的循环性，表明了其在储能领域的巨大应用前景，适合应用于钠/钾离子电池负极材料；而工艺后期也可以通过形貌控制、粘结剂优化和电解液优化，有望将该铋碳复合物的性能提升至商业化应用水平。
[0005]为实现上述技术目的，本专利技术主要通过以下技术方案实现：
[0006]本专利技术提供了一种块状铋碳复合物制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)以柠檬酸铋，柠檬酸和氨水为原料，加水溶解后，进行反应，得到产物混合液；
[0008](2)用洗涤溶液洗涤所述步骤(1)中制备的产物混合液，离心，烘干得到白色粉末状的铋铵盐配合物；
[0009](3)将所述步骤(2)中制备的白色粉末状的铋铵盐配合物在惰性气氛中热解碳化，得到铋碳复合物。
[0010]其中，所述步骤(1)中，氨水可以用氨气代替，或者氨水也可以用含有氨气的氨水代替。
[0011]本专利技术中，所述步骤(1)中，产物混合液的具体制备步骤包括：将柠檬酸铋和柠檬酸放入三颈瓶中，加水充分溶解，于80
‑
100℃条件下进行反应，待反应完全后，将温度冷却
至室温，在搅拌下加入氨水溶液，继续室温反应4
‑
8h，反应过程中溶液由澄清变成浑浊，并伴有白色沉淀生成；然后进行熟化反应，反应时间10h，得到产物混合液。
[0012]在本专利技术的较佳实施方式中，所述步骤(2)中，洗涤溶液为水或乙醇，所述产物用水和乙醇分别洗涤3次至离心后的上清液逐渐变为澄清后，收集固形物，然后将固形物置于烘箱中，在80℃温度下干燥6h，收集得到白色粉末状的铋铵盐配合物。
[0013]进一步的，所述步骤(3)中，惰性气氛为氮气或氩气，热解碳化温度为800
‑
1000℃，升温速率为5℃/min，热解碳化时间为2h。
[0014]在本专利技术的另一较佳实施方式中，，所述步骤(3)中，在进行热解碳化反应之前，还包括有预碳化过程，所述预碳化过程包括：先在管式炉中的惰性气氛中按照升温速率为2℃/min进行升温，待升温至350℃后，进行预碳化反应，反应时间不超过8h，然后再升温进行热解碳化反应。
[0015]本专利技术还提供了一种块状铋碳复合物，其主要采用上述块状铋碳复合物制备方法制备而成。
[0016]优选的，所述块状铋碳复合物的直径为9
‑
12μm。
[0017]此外，本专利技术该提供了前述的块状铋碳复合物或依据前述的制备方法制备得到的块状铋碳复合物在制备钠/钾离子电池负极材料中的应用。
[0018]进一步的，所述块状铋碳复合物在制备钠离子电池负极材料时的首次可逆容量为314.2
‑
417.2mAh/g，首次效率50
‑
95％；在5A/g的电流密度下容量不低于111.8mAh/g；在醚类电解液中，在20A/g的电流密度下，容量不低于187.7mAh/g；在5A/g循环2000次条件下，容量保持率为88.5％；所述块状铋碳复合物在制备钾离子电池负极材料时的首次可逆容量为385.2
‑
445.6mAh/g，首次效率76
‑
96％；在2A/g的电流密度下容量不低于395.3mAh/g；在醚类电解液中，在10A/g的电流密度下，容量不低于384.2mAh/g；在2A/g循环800次条件下，容量保持率为73.2％。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0020]1.本专利技术制备的块状铋碳复合物作为钠/钾离子电池负极材料的电化学性能优异，具有超高首次效率，高的比容量，优异的倍率性能以及稳定的循环性，具有广阔的商业化应用前景；
[0021]2.本专利技术方法简单易行，条件温和可控，成本低廉，适合推广使用。
附图说明
[0022]以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。
[0023]图1为本专利技术实施例1
‑
3的铋铵盐配合物的SEM图。
[0024]图2为本专利技术实施例1
‑
3的块状铋碳复合物的SEM图。
[0025]图3是本专利技术实施例1
‑
3的块状铋碳复合物的XRD图。
[0026]图4是本专利技术实施例1
‑
3的块状铋碳复合物的Raman图。
[0027]图5是本专利技术实施例1
‑
3的块状铋碳复合物的阻抗图。
[0028]图6是本专利技术实施例3的块状铋碳复合物的钠离子电池循环性能图。
[0029]图7是本专利技术实施例3的块状铋碳复合物的钠离子电池倍率性能图。
[0030]图8是本专利技术实施例3的块状铋碳复合物的钠离子电池充放电曲线图。
[0031]图9是本专利技术实施例3的块状铋碳复合物的钾离子电池循环性能图。
[0032]图10是本专利技术实施例3的块状铋碳复合物的钾离子电池倍率性能图。
[0033]图11是本专利技术实施例3的块状铋碳复合物的钾离子电池充放电曲线图。
具体实施方式
[0034]以下参考说明书附图介绍本专利技术的多个优选实施例，使其
技术实现思路
更加清楚和便于理解。本专利技术可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本专利技术的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
[0035]实施例1
[0036]在本实施例中，一种块状铋碳复合物制备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种块状铋碳复合物制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)以柠檬酸铋，柠檬酸和氨水为原料，加水溶解后，进行反应，得到产物混合液；(2)用洗涤溶液洗涤所述步骤(1)中制备的产物混合液，离心，烘干得到白色粉末状的铋铵盐配合物；(3)将所述步骤(2)中制备的白色粉末状的铋铵盐配合物在惰性气氛中热解碳化，得到铋碳复合物。2.如权利要求1所述的块状铋碳复合物的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，氨水可以用氨气代替。3.如权利要求1所述的块状铋碳复合物的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，产物混合液的具体制备步骤包括：将柠檬酸铋和柠檬酸放入三颈瓶中，加水充分溶解，于80
‑
100℃条件下进行反应，待反应完全后，将温度冷却至室温，在搅拌下加入氨水溶液，继续室温反应4
‑
8h，反应过程中溶液由澄清变成浑浊，并伴有白色沉淀生成；然后进行熟化反应，反应时间10h，得到产物混合液。4.如权利要求1所述块状铋碳复合物制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，洗涤溶液为水或乙醇，所述产物用水和乙醇分别洗涤3次至离心后的上清液逐渐变为澄清后，收集固形物，然后将固形物置于烘箱中，在80℃温度下干燥6h，收集得到白色粉末状的铋铵盐配合物。5.如权利要求1所述块状铋碳复合物制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，惰性气氛为氮气或氩气，热解碳化温度为800
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1000℃，升温速率为5℃/min，热解碳化时间为2h。6.如权利要求1所述块状铋碳复合物制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，在进行热解碳化反应之前，还包括有...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵玉峰，龙红利，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：