本发明涉及一种合金材料，具体涉及一种锡锑合金复合负极材料的制备方法及系统。属于有色金属材料加工技术领域。
背景技术：
随着煤炭、石油和天然气等矿物能源的存量锐减，人类社会面临的资源枯竭压力越来越大，因此，如何提高能源使用率和开发利用可再生能源已经成为各国政府和科研人员的共同目标。
电池作为一种化学能和电能的存储和转化装置是一个非常重要的研究方向。其中，锂离子电池因其具有电压高、比能量高、充放电寿命长、无记忆效应、无污染、工作温度范围宽、快速充电、自放电率低和安全可靠等优点，已经成为现代通讯和便携式电子产品等的理想化学电源。
目前商业化的锂离子电池普遍采用石墨材料作为负极，它的理论比容量仅为372mAh/g，且在快速充放电过程中存在石墨层剥落现象，导致明显的容量衰减。而且，在快速充放电过程中容易产生锂枝晶现象，这些因素都严重制约了在动力锂离子电池中的应用。因此，采用其他材料代替石墨负极是目前锂离子电池的研究重点和难点所在。
技术实现要素：
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种锡锑合金复合负极材料的制备方法。
本发明还提供了上述制备方法对应的一种锡锑合金复合负极材料的制备系统。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种锡锑合金复合负极材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)将乙炔黑和石墨粉按照质量比1：0.2～0.3加入第一搅拌釜中，以5～8℃/min的速率升温至300～400℃，搅拌2～3小时；转移至碳化炉中，氮气保护下，1200～1400℃保温4～6小时，转移至石墨化炉中，升温至3000～3100℃保温15～18小时，得到碳材料；
(2)将步骤(1)所得碳材料分散于去离子水中，然后加入含0.02～0.03mol/L的Sn(NO3)4和0.1～0.15mol/L柠檬酸钾的水溶液和含0.03～0.04mol/L SbCl3和0.05～0.06mol/L柠檬酸钾的水溶液，搅拌均匀，其中含Sn(NO3)4和柠檬酸钾的水溶液的加入量是按每1克碳材料加100～120mL，加入的含SbCl3和柠檬酸钾的水溶液体积为含Sn(NO3)4和柠檬酸钾的水溶液的体积的3倍，然后在不断搅拌下，滴加KBH4的碱性溶液，使Sn4+和Sb3+还原成SnSb合金纳米粉，并与碳材料形成均匀的混合体系，KBH4与Sn(NO3)4的摩尔比为1：2～3，KBH4碱性溶液滴加结束后，再搅拌4～5小时，过滤，洗涤，真空干燥后得到锡锑合金复合负极材料。
优选的，步骤(1)中，乙炔黑的平均粒径≤10μm，石墨粉的平均粒径为10～15μm。
优选的，步骤(2)中碳材料与去离子水的质量比为1：50～100。
优选的，步骤(2)采用超声波处理使得碳材料在去离子水中分散均匀。
上述制备方法对应的一种锡锑合金复合负极材料的制备系统，包括碳材料制备装置和复合材料制备装置两部分，所述碳材料制备装置包括依次连接的第一搅拌釜、碳化炉和石墨化炉，所述复合材料制备装置包括依次连接的超声波分散机和第二搅拌釜，其中，石墨化炉与超声波分散机连接。
优选的，所述第二搅拌釜与过滤机连接。
进一步优选的，过滤机包括固体出口，所述固体出口与洗涤池连接。
更进一步优选的，所述洗涤池的上方设有若干个喷淋头，每个喷淋头分别通过三通与去离子水储罐和丙酮储罐连接。
本发明的有益效果：
本发明将锡锑合金与特殊处理后的碳材料复合在一起，制备得到的复合负极材料具有极佳的循环稳定性，电学性能佳。本发明的制备系统包括依次连接的碳材料制备装置和复合材料制备装置两部分，连续生产，大大提高了生产效率。
附图说明
图1是本发明的制备系统结构示意图；
其中，1为碳材料制备装置，2为复合材料制备装置，11为第一搅拌釜，12为碳化炉，13为石墨化炉，21为超声波分散机，22为第二搅拌釜，23为过滤机，24为洗涤池。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例1：
一种锡锑合金复合负极材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)将乙炔黑和石墨粉按照质量比1：0.2加入第一搅拌釜11中，以5℃/min的速率升温至300℃，搅拌2小时；转移至碳化炉12中，氮气保护下，1200℃保温4小时，转移至石墨化炉13中，升温至3000℃保温15小时，得到碳材料；
(2)将步骤(1)所得碳材料分散于去离子水中，然后加入含0.02mol/L的Sn(NO3)4和0.1mol/L柠檬酸钾的水溶液和含0.03mol/L SbCl3和0.05mol/L柠檬酸钾的水溶液，搅拌均匀，其中含Sn(NO3)4和柠檬酸钾的水溶液的加入量是按每1克碳材料加100mL，加入的含SbCl3和柠檬酸钾的水溶液体积为含Sn(NO3)4和柠檬酸钾的水溶液的体积的3倍，然后在不断搅拌下，滴加KBH4的碱性溶液，使Sn4+和Sb3+还原成SnSb合金纳米粉，并与碳材料形成均匀的混合体系，KBH4与Sn(NO3)4的摩尔比为1：2，KBH4碱性溶液滴加结束后，再搅拌4小时，过滤，洗涤，真空干燥后得到锡锑合金复合负极材料。
步骤(1)中，乙炔黑的平均粒径≤10μm，石墨粉的平均粒径为10μm。
步骤(2)中碳材料与去离子水的质量比为1：50。
步骤(2)采用超声波处理使得碳材料在去离子水中分散均匀。
如图1所示，上述制备方法对应的一种锡锑合金复合负极材料的制备系统，包括碳材料制备装置1和复合材料制备装置2两部分，碳材料制备装置1包括依次连接的第一搅拌釜11、碳化炉12和石墨化炉13，复合材料制备装置2包括依次连接的超声波分散机21和第二搅拌釜22，其中，石墨化炉13与超声波分散机21连接。
第二搅拌釜22与过滤机23连接。过滤机23包括固体出口，固体出口与洗涤池24连接。洗涤池24的上方设有若干个喷淋头，每个喷淋头分别通过三通与去离子水储罐和丙酮储罐连接。
实施例2：
一种锡锑合金复合负极材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)将乙炔黑和石墨粉按照质量比1：0.3加入第一搅拌釜11中，以8℃/min的速率升温至400℃，搅拌3小时；转移至碳化炉12中，氮气保护下，1400℃保温6小时，转移至石墨化炉13中，升温至3100℃保温18小时，得到碳材料；
(2)将步骤(1)所得碳材料分散于去离子水中，然后加入含0.03mol/L的Sn(NO3)4和0.15mol/L柠檬酸钾的水溶液和含0.04mol/L SbCl3和0.06mol/L柠檬酸钾的水溶液，搅拌均匀，其中含Sn(NO3)4和柠檬酸钾的水溶液的加入量是按每1克碳材料加120mL，加入的含SbCl3和柠檬酸钾的水溶液体积为含Sn(NO3)4和柠檬酸钾的水溶液的体积的3倍，然后在不断搅拌下，滴加KBH4的碱性溶液，使Sn4+和Sb3+还原成SnSb合金纳米粉，并与碳材料形成均匀的混合体系，KBH4与Sn(NO3)4的摩尔比为1：3，KBH4碱性溶液滴加结束后，再搅拌5小时，过滤，洗涤，真空干燥后得到锡锑合金复合负极材料。
步骤(1)中，乙炔黑的平均粒径≤10μm，石墨粉的平均粒径为15μm。
步骤(2)中碳材料与去离子水的质量比为1：100。
步骤(2)采用超声波处理使得碳材料在去离子水中分散均匀。
上述制备方法对应的一种锡锑合金复合负极材料的制备系统，同实施例1。
实施例3：
一种锡锑合金复合负极材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)将乙炔黑和石墨粉按照质量比1：0.2加入第一搅拌釜11中，以8℃/min的速率升温至300℃，搅拌3小时；转移至碳化炉12中，氮气保护下，1200℃保温6小时，转移至石墨化炉13中，升温至3000℃保温18小时，得到碳材料；
(2)将步骤(1)所得碳材料分散于去离子水中，然后加入含0.02mol/L的Sn(NO3)4和0.15mol/L柠檬酸钾的水溶液和含0.03mol/L SbCl3和0.06mol/L柠檬酸钾的水溶液，搅拌均匀，其中含Sn(NO3)4和柠檬酸钾的水溶液的加入量是按每1克碳材料加100mL，加入的含SbCl3和柠檬酸钾的水溶液体积为含Sn(NO3)4和柠檬酸钾的水溶液的体积的3倍，然后在不断搅拌下，滴加KBH4的碱性溶液，使Sn4+和Sb3+还原成SnSb合金纳米粉，并与碳材料形成均匀的混合体系，KBH4与Sn(NO3)4的摩尔比为1：3，KBH4碱性溶液滴加结束后，再搅拌4小时，过滤，洗涤，真空干燥后得到锡锑合金复合负极材料。
步骤(1)中，乙炔黑的平均粒径≤10μm，石墨粉的平均粒径为15μm。
步骤(2)中碳材料与去离子水的质量比为1：50。
步骤(2)采用超声波处理使得碳材料在去离子水中分散均匀。
上述制备方法对应的一种锡锑合金复合负极材料的制备系统，同实施例1。
实施例4：
一种锡锑合金复合负极材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)将乙炔黑和石墨粉按照质量比1：0.3加入第一搅拌釜11中，以5℃/min的速率升温至400℃，搅拌2小时；转移至碳化炉12中，氮气保护下，1400℃保温4小时，转移至石墨化炉13中，升温至3100℃保温15小时，得到碳材料；
(2)将步骤(1)所得碳材料分散于去离子水中，然后加入含0.03mol/L的Sn(NO3)4和0.1mol/L柠檬酸钾的水溶液和含0.04mol/L SbCl3和0.05mol/L柠檬酸钾的水溶液，搅拌均匀，其中含Sn(NO3)4和柠檬酸钾的水溶液的加入量是按每1克碳材料加120mL，加入的含SbCl3和柠檬酸钾的水溶液体积为含Sn(NO3)4和柠檬酸钾的水溶液的体积的3倍，然后在不断搅拌下，滴加KBH4的碱性溶液，使Sn4+和Sb3+还原成SnSb合金纳米粉，并与碳材料形成均匀的混合体系，KBH4与Sn(NO3)4的摩尔比为1：2，KBH4碱性溶液滴加结束后，再搅拌5小时，过滤，洗涤，真空干燥后得到锡锑合金复合负极材料。
步骤(1)中，乙炔黑的平均粒径≤10μm，石墨粉的平均粒径为10μm。
步骤(2)中碳材料与去离子水的质量比为1：100。
步骤(2)采用超声波处理使得碳材料在去离子水中分散均匀。
上述制备方法对应的一种锡锑合金复合负极材料的制备系统，同实施例1。
实施例5：
一种锡锑合金复合负极材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)将乙炔黑和石墨粉按照质量比1：0.25加入第一搅拌釜11中，以6℃/min的速率升温至350℃，搅拌2.5小时；转移至碳化炉12中，氮气保护下，1300℃保温5小时，转移至石墨化炉13中，升温至3050℃保温17小时，得到碳材料；
(2)将步骤(1)所得碳材料分散于去离子水中，然后加入含0.025mol/L的Sn(NO3)4和0.1mol/L柠檬酸钾的水溶液和含0.035mol/L SbCl3和0.055mol/L柠檬酸钾的水溶液，搅拌均匀，其中含Sn(NO3)4和柠檬酸钾的水溶液的加入量是按每1克碳材料加110mL，加入的含SbCl3和柠檬酸钾的水溶液体积为含Sn(NO3)4和柠檬酸钾的水溶液的体积的3倍，然后在不断搅拌下，滴加KBH4的碱性溶液，使Sn4+和Sb3+还原成SnSb合金纳米粉，并与碳材料形成均匀的混合体系，KBH4与Sn(NO3)4的摩尔比为1：2.5，KBH4碱性溶液滴加结束后，再搅拌4.5小时，过滤，洗涤，真空干燥后得到锡锑合金复合负极材料。
步骤(1)中，乙炔黑的平均粒径≤10μm，石墨粉的平均粒径为12μm。
步骤(2)中碳材料与去离子水的质量比为1：80。
步骤(2)采用超声波处理使得碳材料在去离子水中分散均匀。
上述制备方法对应的一种锡锑合金复合负极材料的制备系统，同实施例1。
试验例
将实施例1～5所得的复合负极材料均匀涂覆于铜箔上制成电极，采用金属钠片为正极，电解液为1mol/L的NaClO4/EC-DMC(体积比为1：1)，聚丙烯微孔薄膜(Celgard 2300)为隔膜，组装成钠离子半电池，测试循环稳定性，即在0.1C倍率下，0.01～1.8V电压范围内的长时间循环50次循环后比容量，结果见表1。
表1.循环稳定性测试结果
由表1可得出结论，本发明的复合负极材料具有极佳的循环稳定性。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。