【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电化学电极材料领域，具体涉及一种负载sno2的bi-sn合金负极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着新能源汽车、手机、计算机等技术的发展，电池已经成为我们生活中的必需品。但锂电池作为目前主要动力电源的电池，存在资源短缺、成本高、环境污染严重、安全性差等问题，开发锂替代电池来保障能源存储的稳定与安全，是未来发展的趋势。
2、众多替代锂电池的候选者中，镁在地壳储量丰富，是一种低成本的原材料，并且容易均匀沉积，不易生长枝晶，应用安全性更高，具有很大的实用潜力，同时，金属镁相较于锂，在大气条件下更加稳定，容易加工处理和成型制备。镁的低氧化还原电位(-2.37vvs.h+/h2)以及二价离子的特点，使得镁金属电池具有大的体积理论容量(3833mah/cm3)和高的能量密度。因此，以金属镁为负极的可充镁电池在成本、能量密度和安全上具有潜在的优势，其被认为是一种非常有前途的绿色二次电池，已经成为新型可充电池的重要研究发展方向，然而，电荷密度高的镁离子与电极基体的强静电作用力使其在正极材料中扩散缓慢，多数非醚溶剂和镁盐阴离子会在金属镁的表面发生还原分解反应，生成的电极/电解液界面钝化层不导镁离子，限制了镁电池的可逆循环，这严重阻碍了其商业化应用进程。
技术实现思路
1、本专利技术意在提供一种负载sno2的bi-sn合金负极材料，以提高镁离子的扩散速度，防止在电极/电解液界面生成钝化层，实现镁电池的可逆循环。
2、为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方
3、本方案的有益效果为：本技术方案是利用纯bi对镁高的扩散迁移能力和纯sn的高理论容量，并同时弥补bi的衰减快和sn的活性低的不足，来得到容量高、循环稳定的bi-sn合金负极材料，提高了镁电池的动力学性能，使得镁离子的扩散速度更快；由于bi-sn合金表面负载的sno2颗粒层的存在，限制了合金颗粒的长大，能够有效的防止电极/电解液界面生成钝化层，从而提高了镁电池可逆循环的稳定性，并且材料重复性好，造价低，容易批量制备。
4、本专利技术还提供了另一技术方案，负载sno2的bi-sn合金负极材料的制备方法，包括以下步骤：
5、s1，分别称取锡酸盐和铋盐，锡酸盐和铋盐的摩尔比为(1-2):(1-2)，先将称取的锡酸盐溶解于72-80ml纯水中，再加入称取的铋盐混合均匀，加入氢氧化钠溶液调节ph值至8-12，将溶液转移至高压釜中，加热至120-200℃，保温12-48h后，再对产物进行离心洗涤，并将洗涤过后的产物烘干，得到bi2sn2o7前驱体；
6、s2，在惰性气体和还原气体的混合气氛下，将s1中制备的bi2sn2o7前驱体加热到550-850℃，并保温1-3h，得到负载sno2的bi-sn合金负极材料。
7、本方案的有益效果为：由bi2sn2o7前驱体可知，锡酸盐和铋盐的摩尔比为1:1，而本技术方案中的锡酸盐和铋盐的摩尔比为(1-2):(1-2)，是通过加入过量的锡酸盐或铋盐来加快反应速度的，缩短了反应时间，使得bi2sn2o7前驱体的生成速度更快，通过对产物进行洗涤，能够除去过量的锡酸盐或铋盐，使得生成的bi2sn2o7前驱体的纯度更高，进一步，使得制备的负载sno2的bi-sn合金负极材料的杂质含量更低，防止杂质影响负载sno2的bi-sn合金负极材料的活性、容量以及倍率性能等。
8、本技术方案的bi2sn2o7前驱体是在惰性气体和还原气体的混合气氛下进行加热的，一方面能够防止bi2sn2o7前驱体被空气中的氧气氧化，而导致杂质的产生，另一方面，还原气体能够对bi2sn2o7前驱体进行还原，促使bi-sn合金的生成，同时，本技术方案是在550-850℃进行加热的，保温时间为1-3h，如果加热温度过低、保温时间过短，会使得生成的负载sno2的bi-sn合金负极材料中掺杂有bi2sn2o7未完全分解的中间产物，对负载sno2的bi-sn合金负极材料的性能造成影响，如果加热温度过高、保温时间过长，会使得制备的bi-sn合金表面没有负载的sno2颗粒层的存在，合金颗粒长大，电化学活性降低，电极/电解液界面易生成钝化层，限制了镁电池的可逆循环，阻碍了其商业化应用进程，因此，需要严格的控制bi2sn2o7前驱体的加热温度和保温时间，使得bi-sn合金表面负载有sno2颗粒层。
9、进一步，在s1中，锡酸盐为纯度为98％的三水锡酸钠，铋盐为纯度为99％的五水硝酸铋。
10、本方案的有益效果为：用纯度为98％的三水锡酸钠作为锡酸盐，用纯度为99％的五水硝酸铋作为铋盐制取bi2sn2o7前驱体，使得bi2sn2o7前驱体没有氯离子的掺杂，使得制备的负载sno2的bi-sn合金负极材料的电化学性能更加优异。
11、进一步，在s1中，先使用纯水对产物进行离心洗涤，再使用乙醇对产物进行洗涤。
12、本方案的有益效果为：先使用纯水对s1中的产物进行离心洗涤，能够除去过量的锡酸盐或铋盐，使得生成的bi2sn2o7前驱体的纯度更高，再通过乙醇对产物进行洗涤，能够加快产物表面水的蒸发，缩短产物的烘干时间。
13、进一步，在s2中，惰性气体与还原气体的体积比为(90-95):(5-10)。
14、本方案的有益效果为：如果不加入还原气体，在惰性气体条件下，对bi2sn2o7前驱体进行加热，则bi2sn2o7前驱体不会发生氧化还原反应，不会有bi-sn合金和sno2颗粒层的生成，本技术方案通过将惰性气体与还原气体的体积比设置为(90-95):(5-10)，既能保证还原气体的用量，使得bi2sn2o7前驱体与还原气体反生反应，生成负载sno2的bi-sn合金负极材料，又能够防止空气中的氧气氧化bi2sn2o7前驱体，减小了杂质的掺杂。
15、进一步，在s2中，惰性气体为氩气和氮气中的任意一种或两种的组合，还原气体为氢气。
16、本方案的有益效果为：由于在氩气和氮气中bi2sn2o7前驱体不发生反应，起到对bi2sn2o7前驱体进行保护的作用，防止bi2sn2o7前驱体被氧化，减少了杂质的掺杂；使用氢气作为还原气体，是由于氢气被氧化后生成的产物为水，使得生成的负载sno2的bi-sn合金负极材料中不会引入其他的杂质元素。
17、本专利技术还提供了另一技术方案，负载sno2的bi-sn合金负极材料的应用，s2中制备的负载sno2的bi-sn合金负极材料用于制备二次电池的负极活性材料。
18、本方案的有益效果为：使用负载sno2的bi-sn合金负极材料制备二次电池的负极活性材料，能够提高二次电池的活性、容量以及倍率性能。
19、进一步，二次电极为镁离子电池。
20、本方案的有益效果为：使用负载sno2的bi-sn合金负极材料制备镁离子电池的负极活性材料，能够提高镁离子电池本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.负载SnO2的Bi-Sn合金负极材料，其特征在于：包括Bi、Sn和SnO2，其中，Bi和(Sn+SnO2)的摩尔比为1:1。
2.根据权利要求1所述的负载SnO2的Bi-Sn合金负极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的负载SnO2的Bi-Sn合金负极材料的制备方法，其特征在于：在S1中，锡酸盐为纯度为98％的三水锡酸钠，铋盐为纯度为99％的五水硝酸铋。
4.根据权利要求2所述的负载SnO2的Bi-Sn合金负极材料的制备方法，其特征在于：在S1中，先使用纯水对产物进行离心洗涤，再使用乙醇对产物进行洗涤。
5.根据权利要求2所述的负载SnO2的Bi-Sn合金负极材料的制备方法，其特征在于：在S2中，惰性气体与还原气体的体积比为(90-95):(5-10)。
6.根据权利要求2所述的负载SnO2的Bi-Sn合金负极材料的制备方法，其特征在于：在S2中，惰性气体为氩气和氮气中的任意一种或两种的组合，还原气体为氢气。
7.根据权利要求3-6任意一项所述的负载SnO2的Bi-Sn合金负
8.根据权利要求7所述的负载SnO2的Bi-Sn合金负极材料的应用，其特征在于：二次电池为镁离子电池。
9.根据权利要求8所述的负载SnO2的Bi-Sn合金负极材料的应用，其特征在于：镁离子电池的负极材料还包括负极导电剂、负极粘结剂和负极粘接剂溶剂，其中，负载SnO2的Bi-Sn合金负极材料、负极导电剂、负极粘接剂的质量比为(6-8):(1-3):1。
10.根据权利要求9所述的负载SnO2的Bi-Sn合金负极材料的应用，其特征在于：负极导电剂为乙炔黑、碳黑、天然石墨、人造石墨、科琴黑、碳纤维、铜、铝、银和镍中的任意一种；负极粘接剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚氟乙烯PVF、聚乙烯醇中的任意一种或任意几种的组合；负极粘接剂溶剂为N－甲基吡咯烷酮(NMP)、丁苯(SBR)和羧甲基纤维素(CMC)中的任意一种或任意几种的组合。
...【技术特征摘要】
1.负载sno2的bi-sn合金负极材料，其特征在于：包括bi、sn和sno2，其中，bi和(sn+sno2)的摩尔比为1:1。
2.根据权利要求1所述的负载sno2的bi-sn合金负极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的负载sno2的bi-sn合金负极材料的制备方法，其特征在于：在s1中，锡酸盐为纯度为98％的三水锡酸钠，铋盐为纯度为99％的五水硝酸铋。
4.根据权利要求2所述的负载sno2的bi-sn合金负极材料的制备方法，其特征在于：在s1中，先使用纯水对产物进行离心洗涤，再使用乙醇对产物进行洗涤。
5.根据权利要求2所述的负载sno2的bi-sn合金负极材料的制备方法，其特征在于：在s2中，惰性气体与还原气体的体积比为(90-95):(5-10)。
6.根据权利要求2所述的负载sno2的bi-sn合金负极材料的制备方法，其特征在于：在s2中，惰性气体为氩气和氮气中的任意一种或两种的组合，还原气体为氢气。
7.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁媛，谷达冲，王敬丰，潘复生，
申请(专利权)人：重庆新型储能材料与装备研究院，
类型：发明
国别省市：
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