一种哑铃状钠离子电池负极材料的制备方法
【专利摘要】一种哑铃状钠离子电池负极材料的制备方法，将分析纯的十六烷基三甲基溴化铵溶于环己烷中，然后再加入三氯化锑，磁力搅拌得溶液A；将氢氧化钠溶解于去离子水中搅拌均匀得溶液B；在搅拌下，将溶液B逐滴加入到溶液A中得混合溶液；将混合溶液放入温控烤箱中反应后自然冷却至室温得样品；将样品用离心机离心，并用去离子水和乙醇溶液交替洗涤后烘干得哑铃状钠离子电池负极材料；本发明方法制得的Sb2O3微晶化学组成均一，纯度较高，形貌均一，所得哑铃状的产物直径约为2?3μm，长度约为5μm，该形貌可有效增大材料的比表面积，增加了电极材料与电解液的接触面积，同时可以缩短锂离子的扩散路径，从而可提高材料的电化学性能。
【专利说明】
一种哑铃状钠禹子电池负极材料的制备方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种钠离子电池负极材料的制备方法，具体涉及一种哑铃状钠离子电池负极材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]近年来，锂离子电池因其具有轻质量、高电压、高容量、大功率、放电平稳、环境友好等优点，在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等多方面展示出广阔的应用前景和潜在的巨大经济效益。但是，有限的锂资源和持续升高的锂原料价格限制了锂离子电池的大规模开发。另一方面，钠元素的储量是极为丰富的(地壳中金属元素排名第四，占总储量的2.64%)，而且价格低廉，与锂元素处于同一主族，化学性质相似，电极电势也比较低。因此，用钠取代锂得到的性能优良的钠离子电池将能解决锂电大规模储电应用的问题。为此，探寻高容量及优异循环性能的钠电极材料成为目前电池研究领域新的热点。
[0003]Sb2O3作为一种钠离子电池负极材料，属于斜方晶系，理论比容量可达1103mAh/g。但是，Sb2O3的充放电过程中体积膨胀较大导致循环稳定性差，制约了 Sb2O3作为电池材料的进一步发展。目前，主要的解决方法是将材料进行小尺寸化改善其电化学性能。
[0004]目前制备Sb2O3的方法主要有沉积法和电化学法。Meijuan Hu等以乙酸锑为原料，加入乙醇和乙二醇(体积比4:1)制备前驱体，采用静电喷雾沉积在160°C加热3h制备出Sb2O3薄膜，在0.5A/g电流密度下，首次放电比容量为645mAh/g，循环200圈放电比容量仍保持414mAh/g0[Hu Μ,Jiang Y,Sun ff,et al.Reversible Convers1n-Alloying of Sb2〇3as aHigh-Capacity,High-Rate,and Durable Anode for Sodium 1n Batteries[J].ACSApplied Materials&Interfaces , 2014,6(21): 9449-19455.]。该方法的制备过程较为复杂，不易大规模生产。Kefei Li等以三氯化锑为原料，通过溶于无水乙醇并加入去离子水得到前驱体，160°C热处理20h得到Sb2O3纳米线。在20mA/g电流密度下，首次放电比容量达29 2mAh/g，30 圈循环后放电比容量仅 I 43mAh/g。[ Ke fe i Li ,Hao Liu , GuoxiuWang.Sb203Nanowires as Anode Material for Sodium-1on Battery[J].Arab J SciEng,2014.]o该方法制备出的纳米棒状Sb2O3，放电比容量不高且循环稳定性也较差。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种工艺过程简单、反应周期短、所得粉体化学组成均一、晶体形貌尺寸均一，比容量高且循环稳定性好的哑铃状钠离子电池负极材料的制备方法。
[0006]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是:
[0007]I)将0.1?0.4g分析纯的十六烷基三甲基溴化铵溶于40ml环己烷中，然后再向其中加入0.57?1.14g的三氯化锑，磁力搅拌使其溶解均匀得溶液A;
[0008]2)取0.3-0.6g的氢氧化钠溶解于5ml去离子水中搅拌均匀得溶液B;
[0009]3)在搅拌下，将溶液B逐滴加入到溶液A中得混合溶液；
[0010]4)将混合溶液放入温控烤箱中于40?180°C保温2?20小时后自然冷却至室温得样品；
[0011]5)将样品用离心机离心，并用去离子水和乙醇溶液交替洗涤后烘干得哑铃状钠离子电池负极材料。
[0012]本发明通过溶剂热法，在室温条件下制备的乳白色的Sb2O3前驱体，经过低温热处理制得结晶性能好，形貌尺寸均一的哑铃状的Sb203。该产物是纳米棒自组装形成的疏松结构，具有较大的比表面积，不仅可以有效增加与电解液的接触面积，促进锂离子的传输;也为锂离子的嵌入提供更多的活性位点，提高电极材料的比容量;同时，自组装纳米结构材料在锂离子充放电过程中，能够有效缓解锂离子嵌入和脱出引起的体积膨胀，有利于提高材料的结构稳定性，进而提尚电池的使用寿命。
[0013]由本发明方法制得的Sb2O3微晶化学组成均一，纯度较高，形貌均一，所得哑铃状的产物直径约为2_3μπι，长度约为5μπι，该形貌可有效增大材料的比表面积，增加了电极材料与电解液的接触面积，同时可以缩短锂离子的扩散路径，从而可提高材料的电化学性能。本发明制备方法简单，过程易控，制备周期短，对环境友好。
【附图说明】
[0014]图1为本发明实施例1制备的钠离子电池负极材料Sb2O3微晶的X-射线衍射(XRD)图
4並L曰O
[0015]图2和图3为本发明实施例1制备的钠离子电池负极材料Sb2O3微晶的扫描电镜(SEM)照片。
[0016]图4为本发明实施例5制备的钠离子电池负极材料Sb2O3微晶在0.1V?3.0V电压间，SOmAg—1电流密度条件下，循环50次的充放电性能图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图及实施实例对本发明作进一步详细说明:
[0018]实施例1:
[0019]I)将0.1Og分析纯的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶于40ml环己烷中，然后再向其中加入0.57g的三氯化锑，磁力搅拌使其溶解均匀得溶液A;
[0020]2)取0.30g的氢氧化钠溶解于5ml去离子水中搅拌均匀得溶液B;
[0021 ] 3)在搅拌下，将溶液B逐滴加入到溶液A中得混合溶液；
[0022]4)将混合溶液放入温控烤箱中于120°C保温10小时后自然冷却至室温得样品；
[0023]5)将样品用离心机离心，并用去离子水和乙醇溶液交替洗涤后烘干得哑铃状钠离子电池负极材料。
[0024]从图1中可看出，所制备的Sb2O3纯度较高，结晶性好。
[0025]由图2和图3可知，本方法制备的哑铃状Sb2O3,直径约为2μπι，长度约为5μπι，且两端表现出成棒状。
[0026]实施例2:
[0027]I)将0.30g分析纯的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶于40ml环己烷中，然后再向其中加入1.0Og的三氯化锑，磁力搅拌使其溶解均匀得溶液A;
[0028]2)取0.50g的氢氧化钠溶解于5ml去离子水中搅拌均匀得溶液B;
[0029]3)在搅拌下，将溶液B逐滴加入到溶液A中得混合溶液；
[0030]4)将混合溶液放入温控烤箱中于150°C保温6小时后自然冷却至室温得样品；
[0031]5)将样品用离心机离心，并用去离子水和乙醇溶液交替洗涤后烘干得哑铃状钠离子电池负极材料。
[0032]实施例3:
[0033]I)将0.20g分析纯的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶于40ml环己烷中，然后再向其中加入0.70g的三氯化锑，磁力搅拌使其溶解均匀得溶液A;
[0034]2)取0.40g的氢氧化钠溶解于5ml去离子水中搅拌均匀得溶液B;
[0035]3)在搅拌下，将溶液B逐滴加入到溶液A中得混合溶液；
[0036]4)将混合溶液放入温控烤箱中于80°C保温15小时后自然冷却至室温得样品；
[0037]5)将样品用离心机离心，并用去离子水和乙醇溶液交替洗涤后烘干得哑铃状钠离子电池负极材料。
[0038]实施例4:
[0039]I)将0.40g分析纯的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶于40ml环己烷中，然后再向其中加入1.14g的三氯化锑，磁力搅拌使其溶解均匀得溶液A;
[0040]2)取0.60g的氢氧化钠溶解于5ml去离子水中搅拌均匀得溶液B;
[0041 ] 3)在搅拌下，将溶液B逐滴加入到溶液A中得混合溶液；
[0042]4)将混合溶液放入温控烤箱中于40°C保温20小时后自然冷却至室温得样品；
[0043]5)将样品用离心机离心，并用去离子水和乙醇溶液交替洗涤后烘干得哑铃状钠离子电池负极材料。
[0044]实施例5:
[0045]I)将0.40g分析纯的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶于40ml环己烷中，然后再向其中加入0.85g的三氯化锑，磁力搅拌使其溶解均匀得溶液A;
[0046]2)取0.60g的氢氧化钠溶解于5ml去离子水中搅拌均匀得溶液B;
[0047]3)在搅拌下，将溶液B逐滴加入到溶液A中得混合溶液；
[0048]4)将混合溶液放入温控烤箱中于180°C保温2小时后自然冷却至室温得样品；
[0049]5)将样品用离心机离心，并用去离子水和乙醇溶液交替洗涤后烘干得哑铃状钠离子电池负极材料。
[0050]由图4可以看出，电池在50mAg—1电流密度下首次放电比容量为542.85mAhg—1，之后几次的放电比容量不断下降，约5次循环后趋于平稳。循环50次后，容量大约保持在106mAhg—、
【主权项】
1.一种哑铃状钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于: 1)将0.1?0.4g分析纯的十六烷基三甲基溴化铵溶于40ml环己烷中，然后再向其中加入0.57?1.14g的三氯化锑，磁力搅拌使其溶解均匀得溶液A; 2)取0.3-0.6g的氢氧化钠溶解于5ml去离子水中搅拌均匀得溶液B; 3)在搅拌下，将溶液B逐滴加入到溶液A中得混合溶液； 4)将混合溶液放入温控烤箱中于40?180°C保温2?20小时后自然冷却至室温得样品； 5)将样品用离心机离心，并用去离子水和乙醇溶液交替洗涤后烘干得哑铃状钠离子电池负极材料。
【文档编号】H01M10/36GK105938922SQ201610493812
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年6月28日
【发明人】费杰, 崔亚丽, 康倩, 李嘉胤, 张超, 罗丹, 黄剑锋, 许占位
【申请人】陕西科技大学