一种Bi制造技术

本发明专利技术提供了一种Bi

【技术实现步骤摘要】
一种Bi
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Se
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/C复合材料及其制备方法和应用、调控该复合材料铋硒原子比的方法


[0001]本专利技术涉及电极材料
，更具体地，涉及一种Bi
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Se
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/C复合材料及其制备方法和应用、调控该复合材料铋、硒原子比的方法。

技术介绍

[0002]硒化铋(Bi
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Se
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)基材料，如BiSe、BiSe2、Bi3Se2、Bi4Se3和Bi3Se4等，一直被认为在光学和现代热电方面具有巨大潜力。而近年来，随着锂/钠离子电池的快速发展，由于硒化铋(Bi
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)材料具备独特的层状晶体结构、转换
‑
合金储能机制和相对较小的穿梭效应，也被认为有望实现更高的可逆容量、更快的反应动力学以及更稳定的循环性能，从而开始在电化学领域受到广泛关注。
[0003]目前，针对硒化铋基电极材料的研究虽然已经取得了一定进展，但仍然不够完善，整体处于初期阶段，主要是由于以下问题尚未解决，难以取得进一步突破：
[0004](1)和其他合金/转换机制电极材料一样，一方面，硒化铋基电极材料存在剧烈的体积膨胀，易导致电极粉碎破裂，容量迅速衰减。同时，转换反应的不完全可逆也会带来不断的容量衰减。目前针对这一问题的常用策略为构建精巧稳固的复合结构以提供充足的缓冲空间，但其制备工艺复杂、成本高、收率低，难以实现实际应用；
[0005](2)硒化铋为一种典型的半导体，其固有的低电导率严重限制了其倍率性能。针对此问题，目前常采用掺杂与碳包覆策略以提高其导电性，如Li等采用溶剂热法并通过有机溶剂清洗干燥后得到Bi
‑
MOFs前驱体，随后再与硒粉高温煅烧后制备了N掺杂碳包覆的Bi2Se3/NC复合材料(Ceramics International,2019,45,11861
–
11867,DOI:10.1016/j.ceramint.2019.03.068)；Jin等结合有机溶剂热法与高温煅烧处理制备了碳纳米管与碳双包覆的CNTs@C@Bi2Se3复合材料(Ceramics International,2017,43,17093
–
17099,DOI:10.1016/j.ceramint.2017.09.124)。然而，由于传统碳包覆中异质界面连接较弱，难以形成紧密的电子连接，因此很难充分发挥碳载体的潜力，Li等制备的N掺杂碳包覆的Bi2Se3/NC复合材料在0.5A g
‑1电流密度下循环400圈后容量仅为335.8mAh g
‑1(Ceramics International,2019,45,11861
–
11867,DOI:10.1016/j.ceramint.2019.03.068)；而Jin等制备的碳纳米管与碳双包覆的CNTs@C@Bi2Se3复合材料，其最大倍率仅为2A g
‑1，且在1A g
‑1电流密度下循环300圈后容量只能保留243mAh g
‑1(Ceramics International,2017,43,17093
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17099,DOI:10.1016/j.ceramint.2017.09.124)。
[0006](3)目前，对于硒化铋基电极材料的研究仅仅集中在Bi2Se3上，实际上，具有不同原子比的Bi
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基材料往往会表现出不同的晶体结构和物理化学性质，从而带来不同的形貌结构与表面性质，影响电极材料性能。此外，硒化铋基材料中合金化和转化反应的容量贡献与Bi：Se原子比密切相关。理论上，随着Bi含量的增加，高可逆性的合金反应的比例增加，整体可逆性提高，但是由于转化过程带来的额外容量会随之减少，造成理论容量的降低。因此，不断开发制备不同制备不同种类的Bi
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基材料，调节其中的Bi：Se原子比，以实现比容
量和可逆性的最佳平衡是十分有必要的，能进一步优化硒化铋电极材料体系，拓展其发展与应用。

技术实现思路

[0007]基于现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术的目的之一在于提供了一种Bi
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Se
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/C复合材料的制备方法，通过该方法可将Bi
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纳米点均匀嵌入片状碳骨架中，构建了稳定的C
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Se界面化学键，提高了材料稳定性并加速了离子传输，同时提高了Bi
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/C复合材料晶体结构的机械应力，既缩短了离子扩散距离又保证了足够的缓冲区以提高复合材料结构的稳定性。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0009]一种Bi
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Se
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/C复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]步骤S1、将有机铋盐直接进行煅烧，得到铋/碳前驱体材料；
[0011]步骤S2、将所述铋/碳前驱体材料与硒单质混合，再次进行煅烧，得到Bi
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/C复合材料；
[0012]其中，x＝1～4，y＝1～4。
[0013]在一些实施方式中，步骤S2中，煅烧温度为600～1000℃。优选的，为600～900℃。
[0014]在一些实施方式中，步骤S2中，升温速率为2～5℃/min。优选的，为3℃/min。
[0015]在一些实施方式中，步骤S2中，煅烧时间为2～3h。优选的，为2h。
[0016]在一些实施方式中，所述有机铋盐为柠檬酸铋、碱式水杨酸铋、新癸酸铋、碱式没食子酸铋、异辛酸铋、月桂酸铋、环烷酸铋中的至少一种。优选的，所述有机铋盐为柠檬酸铋(C6H5BiO7)。
[0017]在一些实施方式中，步骤S2中，所述铋/碳前驱体材料和所述硒单质的质量比为1：1.5～3；优选的，该二者的质量比为1：2。
[0018]在一些实施方式中，步骤S1和步骤S2中，均在惰性气氛下进行煅烧，所述惰性气氛包括氩气气氛、氦气气氛、氮气气氛、氖气气氛等。优选的，惰性气氛为氩气气氛。
[0019]在一些实施方式中，步骤S1中，煅烧温度为800～1000℃。
[0020]在一些实施方式中，步骤S1中，升温速率为2～8℃/min。优选的，为5℃/min。
[0021]在一些实施方式中，步骤S1中，煅烧时间为3～5h。优选的，为3h。
[0022]本专利技术的目的之二在于提供上述任一实施方式的制备方法制得的Bi
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/C复合材料。
[0023]本专利技术的目的之三在于提供包括上述的Bi
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/C复合材料的电极材料。
[0024]本专利技术的目的之四在于提供包括上述的电极材料的负极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Bi
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Se
y
/C复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、将有机铋盐直接进行煅烧，得到铋/碳前驱体材料；步骤S2、将所述铋/碳前驱体材料与硒单质混合，再次进行煅烧，得到Bi
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/C复合材料；其中，x＝1～4，y＝1～4。2.根据权利要求1所述的Bi
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Se
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/C复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，煅烧温度为600～1000℃。3.根据权利要求1所述的Bi
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/C复合材料的制备方法，其特征在于，所述有机铋盐为柠檬酸铋、碱式水杨酸铋、新癸酸铋、碱式没食子酸铋、异辛酸铋、月桂酸铋、环烷酸铋中的至少一种。4.根据权利要求1所述的Bi
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/C复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，煅烧温度为800～1000℃。5.根据权利要求1所述的Bi
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Se
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/C复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述铋/碳前驱体材料和所述硒单质的质量比为1：1.5～3。6.权利要求1
‑
5任一项所述的制备方法得到的Bi
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/C复合材料。7.一种电极材料，其特征在于，包括权利要求6所述的Bi
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【专利技术属性】
技术研发人员：纪效波，王安妮，侯红帅，邹国强，邓文韬，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：