N掺杂的Sb2O3/Sb2S3@C复合材料及其制备方法和在钠离子电池中的应用技术

本发明专利技术涉及钠离子电池负极材料制备技术领域，具体涉及N掺杂的Sb2O3/Sb2S3@C复合材料及其制备方法和在钠离子电池中的应用。本发明专利技术的复合材料作为钠离子电池负极材料被应用。本发明专利技术采用多孔碳纤维、以及Sb2S3有效缓冲Sb2O3/Sb2S3与钠离子反应引起的体积变化，同时含氮的多孔碳纤维的强导电性为电子的转移提供了有效传输路径，大大提高材料的导电性能，Sb2O3/Sb2S3的协同作用显著的提升了电化学性能，从而将N掺杂的Sb2O3/Sb2S3@C复合材料用作钠离子电池负极材料，有效提升负极极片的稳定性和导电性。性和导电性。性和导电性。

【技术实现步骤摘要】
N掺杂的Sb2O3/Sb2S3@C复合材料及其制备方法和在钠离子电池中的应用


[0001]本专利技术属于钠离子电池负极材料制备
，具体涉及N掺杂的Sb2O3/Sb2S3@C复合材料及其制备方法和在钠离子电池中的应用。

技术介绍

[0002]随着科技的发展和人民生活水平的提高，能源需求的增加也引发人们对于能源储存的探索，尤其是对于便携式电子设备、电动汽车、新能源的需求使得对储能设备提出更高的要求。锂离子电池由于其较高的能量密度、较长的循环寿命等因素在能源储存设备上得到了广泛的应用，目前已经成为商业领域应用中较为成熟的研究方向。但是地球上锂资源的储量相对有限，这导致锂离子电池在大规模储能方面的应用受到了限制；而钠元素含量丰富，成本低，并且钠离子电池拥有与锂离子电池相似的电化学嵌入机制，因此钠离子电池有望替代锂离子电池应用于大规模电能储存系统中，近年来受到了广泛关注。
[0003]负极是钠离子电池的重要组成部分，对于钠离子电池的技术优化迫切需要对负极材料做进一步改进，目前钠离子电池负极材料主要包括硬碳、合金和钛基化合物；石墨化碳材料是应用最广的一类钠离子电池负极材料，其成本低且环境友好，并且具有非常出色的电化学稳定性，但是由于钠离子半径较大，在石墨层间的嵌/脱较困难，而且首次充放电时易形成不可逆SEI钝化层，导致首周库伦效率降低，这是制约该类碳材料应用的主要因素。
[0004]合金类材料具有很高的比容量，被认为是钠离子电池负极中具有广阔应用前景的材料，与碳材料相比，合金类负极材料可与钠形成丰富的合金型相，容量更高，因此合金型负极材料例如Sn、Sb等由于具有较高的理论比容量获得了广泛关注，然而此类材料在钠离子嵌入/脱出过程中存在严重体积膨胀，造成容量快速衰减，电极稳定性降低问题。

技术实现思路

[0005]针对上述存在的技术不足，本专利技术提供了N掺杂的Sb2O3/Sb2S3@C复合材料及其制备方法和在钠离子电池中的应用，本专利技术采用多孔碳纤维、以及Sb2S3有效缓冲Sb2O3/Sb2S3与钠离子反应引起的体积变化，同时含氮的多孔碳纤维的强导电性为电子的转移提供了有效传输路径，大大提高材料的导电性能，Sb2O3/Sb2S3的协同作用显著的提升了电化学性能，从而将N掺杂的Sb2O3/Sb2S3@C复合材料用作钠离子电池负极材料，有效提升负极极片的稳定性和导电性。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种N掺杂的Sb2O3/Sb2S3@C复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1、将SbCl3分散于无水乙醇中，得到锑源溶液；
[0009]步骤2、将步骤1的锑源溶液于搅拌条件下与聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈共同分散于N,N'
‑
二甲基甲酰胺中，得到纺丝液；本专利技术以聚丙烯腈同时作为氮源和碳源，无需额外进行氮掺杂，一定程度上简化了实验方法和步骤；
[0010]步骤3、将步骤2的纺丝液进行静电纺丝，得到静电纺丝纳米纤维；
[0011]步骤4、将步骤3的静电纺丝纳米纤维先升温至250
‑
400℃保温12
‑
24h，再于氢氩混合气氛下，于700
‑
900℃煅烧3
‑
5h，得到N掺杂的Sb2O3/Sb@C复合材料；氢氩混合气氛提供了一定量的氢气，部分Sb2O3通过氢气被还原为Sb，得到N掺杂的Sb2O3/Sb@C复合材料；
[0012]步骤5、将步骤4的N掺杂的Sb2O3/Sb@C复合材料与硫粉混合，于惰性气氛下，于400
‑
700℃煅烧1.5
‑
3h，得到N掺杂的Sb2O3/Sb2S3@C复合材料，Sb2O3/Sb2S3的协同作用显著的提升了电化学性能，从而用作钠离子电池负极表现出超强的循环稳定性。
[0013]优选的，所述步骤2的纺丝液中SbCl3、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈的摩尔比为1：1
‑
2：6
‑
10。
[0014]优选的，所述步骤3的纺丝条件为：采用内径为0.3
‑
1.0mm的静电纺丝针头，于电压15
‑
20kV，接收距离14
‑
22cm条件下推进，静电纺丝的推进速度0.5
‑
2mL/h。
[0015]优选的，所述步骤4的氢氩混合气氛中，氢气的含量为5
‑
10％，氢气含量少，在一定程度上提升了实验的安全性。
[0016]优选的，所述步骤5中N掺杂的Sb2O3/Sb@C复合材料与硫粉的质量比为1：2
‑
3。
[0017]本专利技术还保护了制备方法制得的N掺杂的Sb2O3/Sb2S3@C复合材料。
[0018]本专利技术还保护了N掺杂的Sb2O3/Sb2S3@C复合材料制备的钠离子电池负极极片，所述负极极片按照如下步骤制备：
[0019]将N掺杂的Sb2O3/Sb2S3@C复合材料、导电剂和粘结剂混合，然后溶解于N
‑
甲基吡咯烷酮得到浆料，以铜箔为基底，在铜箔表面均匀涂覆浆料，烘干后裁剪，得到钠离子电池负极极片；
[0020]其中，N掺杂的Sb2O3/Sb2S3@C复合材料、导电剂和粘结剂的质量比为7
‑
8：1
‑
2：1；导电剂选自乙炔黑、Super P炭黑、碳纳米管、科琴黑、石墨烯、有序介孔碳CMK
‑
3中的一种或多种的混合。
[0021]本专利技术还保护了钠离子电池负极极片在制备钠离子电池中的应用，所述钠离子电池按照如下步骤制备：
[0022]正极材料制备：将金属钠进行压片和裁剪；
[0023]电解液的制备：将六氟磷酸钠溶解在有机溶剂中，配成浓度为1mol/L的六氟磷酸钠电解液；其中，所述有机溶剂由体积比为47.5:47.5:5的碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和氟代碳酸乙烯酯组成；
[0024]钠离子电池的制备：将正极材料、玻璃纤维隔膜、电解液和钠离子电池负极极片依次进行组装，经过化成、静置工艺制得钠离子电池。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0026]1、本专利技术以SbCl3为锑源，以含氮的聚丙烯腈为碳源，以聚甲基丙烯酸甲酯为造孔剂，采用静电纺丝的多孔碳纤维封装三氯化锑材料，使得活性物质锑源均匀分散在聚丙烯腈中；然后在煅烧处理过程中，不仅实现聚丙烯腈的碳化，得到氮掺杂的碳纤维，而且通过在氢氩混合气氛提供的氢气还原条件下，制得N掺杂的Sb2O3/Sb@C复合材料，再将Sb2O3/Sb@C复合材料与硫粉进行反应，得到目标物N掺杂的Sb2O3/Sb2S3@C复合材料。
[0027]2、在钠离子脱嵌过程中Sb会发生很大的体积效应，导致在充放电过程中材料的粉化脱落，降低了电池的效率和循环稳定性，极大地影响了这类材料的实际应用，而研究表
明，单纯采用Sb@C或者Sb2O3作为钠离子电池负极材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种N掺杂的Sb2O3/Sb2S3@C复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将SbCl3分散于无水乙醇中，得到锑源溶液；步骤2、将步骤1的锑源溶液于搅拌条件下与聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈共同分散于N,N'
‑
二甲基甲酰胺中，得到纺丝液；步骤3、将步骤2的纺丝液进行静电纺丝，得到静电纺丝纳米纤维；步骤4、将步骤3的静电纺丝纳米纤维先升温至250
‑
400℃保温12
‑
24h，再于氢氩混合气氛下，于700
‑
900℃煅烧3
‑
5h，得到N掺杂的Sb2O3/Sb@C复合材料；步骤5、将步骤4的N掺杂的Sb2O3/Sb@C复合材料与硫粉混合，于惰性气氛下，于400
‑
700℃煅烧1.5
‑
3h，得到N掺杂的Sb2O3/Sb2S3@C复合材料。2.根据权利要求1所述的N掺杂的Sb2O3/Sb2S3@C复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2的纺丝液中，SbCl3、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈的摩尔比为1：1
‑
2：6
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10。3.根据权利要求1所述的N掺杂的Sb2O3/Sb2S3@C复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3的纺丝条件为：采用内径为0.3
‑
1.0mm的静电纺丝针头，于电压15
‑
20kV，接收距离14
‑
22cm条件下推进，静电纺丝的推进速度0.5
‑
2mL/h。4.根据权利要求1所述的N掺杂的Sb2O3/Sb2S3@C复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖宗湖，钟炜，吴娟秀，
申请(专利权)人：新余学院，
类型：发明
国别省市：