一种多层壳状氧化铋/铋/碳复合材料的制备方法及应用

本发明涉及一种多层壳状氧化铋/铋/碳复合材料的制备方法及应用，属于锂离子电池。

背景技术：

1、石墨作为商用锂离子电池负极材料虽然循环性能稳定，但其理论容量低，限制了高性能锂离子电池的进一步发展。为了制备出高容量的锂离子电池，研究人员一直致力于新型负极材料的开发。而在众多的负极材料中，过渡金属氧化物由于高的理论容量引起了人们的注意，尤其是氧化铋由于优秀的体积容量(体积容量为3800mahcm-3)吸引了研究人员的关注，但在锂离子锂化过程中会造成巨大的体积膨胀，影响电池的稳定性，进而影响电池使用寿命；其次，氧化铋的导电性较差，也会影响电池的电化学性能。

2、因此需要制备出兼具稳定性和导电性良好的锂离子电池复合负极。

技术实现思路

1、针对锂离子锂化过程中负极巨大的体积膨胀，影响电池的稳定性，进而影响电池使用寿命问题，本发明提出一种多层壳状氧化铋/铋/碳复合材料的制备方法及应用，利用铋盐通过溶剂热反应制备多层壳氧化铋，添加葡萄糖通过二次水热实现部分碳化，最后通过煅烧制备多层壳状氧化铋/铋/碳复合材料；多层壳状氧化铋/铋/碳复合材料作为锂离子电池复合负极，其多层壳可以缓解锂离子电池在锂化过程中巨大的体积膨胀，还原的铋可以增加复合材料的导电性，而剩下的碳层可以增加电池的稳定循环性能。

2、一种多层壳状氧化铋/铋/碳复合材料的制备方法，具体步骤如下：

3、(1)将五水硝酸铋和乙二醇加入到乙醇溶剂中超声混匀，然后置于温度180～200℃下溶剂热反应150～180min，冷却至室温，固液分离，固体依次经去离子水和乙醇洗涤，烘干得到多层壳状氧化铋；

4、(2)将葡萄糖和多层壳状氧化铋加入到去离子水中超声混匀，然后置于温度180～200℃下水热反应120～180min，固液分离，固体依次经去离子水和乙醇洗涤，烘干得到前驱体；

5、(3)在氩气氛围下，前驱体匀速升温至温度400～600℃并恒温煅烧1～2h，得到多层壳状氧化铋/铋/碳复合材料。

6、所述步骤(1)五水硝酸铋与乙醇溶剂的固液比g:ml为0.97～1.455:75，乙二醇与乙醇溶剂的体积比ml:ml为5～10:75。

7、所述步骤(2)多层壳状氧化铋与葡萄糖的质量比为10～15:1。

8、所述步骤(3)匀速升温速率为4～8℃/min。

9、本发明的有益效果是：

10、(1)本发明以五水硝酸铋为原料，乙二醇为诱导剂，通过溶剂热的方法制备多层壳结构氧化铋，再添加葡萄糖通过二次水热实现部分碳化，最后通过煅烧制备多层壳状氧化铋/铋/碳复合材料，具有较高的比表面积；

11、(2)本发明多层壳状氧化铋/铋/碳复合材料作为锂离子电池复合负极，极大缓解了锂离子电池在锂化过程造成的体积膨胀，增强锂离子电池复合负极的导电性以及循环稳定性，延长了氧化铋复合材料作为锂离子电池的使用寿命。

技术特征：

1.一种多层壳状氧化铋/铋/碳复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述多层壳状氧化铋/铋/碳复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)五水硝酸铋与乙醇溶剂的固液比g:ml为0.97～1.455:75，乙二醇与乙醇溶剂的体积比ml:ml为5～10:75。

3.根据权利要求1所述多层壳状氧化铋/铋/碳复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)多层壳状氧化铋与葡萄糖的质量比为10～15:1。

4.根据权利要求1所述多层壳状氧化铋/铋/碳复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)匀速升温速率为4～8℃/min。

5.权利要求1～4所述方法所制备的多层壳状氧化铋/铋/碳复合材料在制备锂离子电池复合负极中的应用。

技术总结
本发明涉及一种多层壳状氧化铋/铋/碳复合材料的制备方法及应用，属于锂离子电池技术领域。本发明将五水硝酸铋和乙二醇加入到乙醇溶剂中超声混匀，然后置于温度180～200℃下溶剂热反应150～180min，冷却至室温，固液分离，固体依次经去离子水和乙醇洗涤，烘干得到多层壳状氧化铋；将葡萄糖和多层壳状氧化铋加入到去离子水中超声混匀，然后置于温度180～200℃下水热反应120～180min，固液分离，固体依次经去离子水和乙醇洗涤，烘干得到前驱体；在氩气氛围下，前驱体匀速升温至温度400～600℃并恒温煅烧1～2h，得到多层壳状氧化铋/铋/碳复合材料。本发明多层壳状氧化铋/铋/碳复合材料具有较高的比表面积，其作为锂离子电池负极可以缓解锂离子电池在锂化过程中造成的巨大体积膨胀。

技术研发人员：吴家权,王开军,胡劲,张维钧,李俊凯
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11