CN108336337B - 一种钠离子电池负极材料C/Sb2O3/C复合空心球材料的制备及应用 - Google Patents

一种钠离子电池负极材料C/Sb2O3/C复合空心球材料的制备及应用 Download PDF

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Abstract

一种钠离子电池负极材料C/Sb2O3/C复合空心球材料的制备及应用，包括以下步骤：步骤一：将三氨基苯酚，氯化锑，氨水和甲醛按照10：10：91：8～100:70：91：8的质量比称取好，并溶于去离子水中，将溶液放在磁力搅拌上反应后得到溶液A；步骤二：将丙酮与步骤一中的三氨基苯酚质量比例为1:160加入溶液A中，使其静置；步骤三：将步骤二中静置后的溶液A在8000rpm进行离心分离后并置于烘箱中烘干后得到产物B；步骤四：将产物B放入石英舟，将石英舟置于高温管式炉内反应后便可得到C/Sb2O3/C复合空心球材料，本发明具有制备方法操作简单，工艺流程短，适合工业化使用的特点。

Description

一种钠离子电池负极材料C/Sb2O3/C复合空心球材料的制备及 应用
技术领域
本发明涉及电池材料技术领域，特别涉及一种钠离子电池负极材料C/Sb2O3/C复合空心球材料的制备及应用。
背景技术
随着大规模智能电网的快速发展，以及电动汽车的推广引用，锂资源无法满足锂离子电池的巨大需求，开发可代替锂离子电池的储能技术十分必要。由于钠元素在自然界中储量丰富，约占地壳储量的 2.64％，且分布广泛，开发成本低廉，其电池更有低成本、高安全性的特点，因此钠离子电池(SIB)被认为是非常有发展潜力的二次电池体系。目前，世界上一些电池技术较为先进的国家已将钠离子电池技术列为一个重要的基础性和前瞻性研究领域，并作为未来重点关注的储能电池技术发展方向。积极探索比容量高、循环寿命长、安全性能好、温度使用范围宽的新型钠离子电池负极材料体系，已经成为国际上研发高性能钠离子二次电池电极材料的共性问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种钠离子电池负极材料C/Sb2O3/C复合空心球材料的制备及应用，该材料原料廉价易得，制备成本低，性能优异，具有较高的实用价值，且该制备方法操作简单，工艺流程短，十分适合工业化使用。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种钠离子电池负极材料C/Sb2O3/C复合空心球材料的制备，包括以下步骤：
步骤一：
将三氨基苯酚，氯化锑，氨水和甲醛按照10：10：91：8～100： 70：91：8的质量比称取好，并溶于去离子水中，将溶液放在磁力搅拌上反应后得到溶液A；
步骤二：
将与步骤一中的三氨基苯酚质量比例为1:160的丙酮加入溶液A 中，静置30min；
步骤三：
将步骤二中静置后的溶液A在8000rpm进行离心分离5min，置于烘箱中在75℃温度下烘干12h得到产物B；
步骤四：
将产物B放入石英舟，将石英舟置于高温管式炉内在预定温度下反应预定时间后便可得到C/Sb2O3/C复合空心球材料。
所述步骤一中的三氨基苯酚和甲醛为碳源，所述步骤一中的氯化锑为锑源。
所述步骤一中三氨基苯酚的质量为0.1～1g，氯化锑的质量为 0.1～0.7g，所述步骤一中氨水的体积为1ml，所述步骤一中甲醛的体积为0.1ml。
所述步骤一中磁力搅拌反应时长为5～30分钟。
所述步骤四中反应温度为600～1000℃，所述步骤四中反应时长为3～12小时。
所述步骤四中所得的C/Sb2O3/C复合空心球材料用于组装扣式电池，采用DMF为溶剂，极片的配方按照C/Sb2O3/C复合空心球材料:PVDF:乙炔黑＝7:2:1的比例与DMF溶剂混合调制成浆料，然后将浆料均匀涂覆在铜箔上，将涂覆后的铜箔放入真空干燥箱中在80℃烘干12小时后，经过冲片后得到实验电池用极片，以金属钠作为对电极，电解液为1.0M浓度的NaPF6的乙基碳酸酯(EC)和二甲基碳酸酯(DMC)(体积比1:1)的溶液，隔膜为celgard2400膜，在充满氩气气氛的手套箱内装配成扣式电池。对该扣式电池进行充放电循环测试：充放截止电压为0.01-2.6V,充放电流均为500mA/g。
本发明的有益效果：
本发明所涉及的制备钠离子电池负极材料C/Sb2O3/C复合空心球的方法简单、原料储备丰富、成本低，具有良好的工业化前景。该电池负极材料具有较高的比容量，优异的倍率性能以及稳定的充放电循环性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
1).分别称量0.1g SbCl3、0.1g三氨基苯酚、0.1ml甲醛和1ml氨水，然后溶解在30ml去离子水中，将混合溶液在磁力搅拌器上搅拌反应30分钟后得到溶液A；
2).将20ml丙酮加入溶液A中，使其静置30mim；
3).将静置后的溶液A进行8000rpm进行离心分离5min后置于烘箱中在75℃温度下烘干12h后得到产物B；
4).将产物B放入石英舟，将石英舟置于高温管式炉内在800℃温度下反应6小时后便可得到C/Sb2O3/C复合空心球材料。
所得C/Sb2O3/C复合空心球负极材料电化学测试方法如下：
采用扣式电池来研究负极材料的电化学性能，采用DMF为溶剂，极片的配方按照C/Sb2O3/C复合空心球材料:PVDF:乙炔黑＝7:2:1的比例与DMF溶剂混合调制成浆料，然后将浆料均匀涂覆在铜箔上，将涂覆后的铜箔放入真空干燥箱中在80℃烘干12小时后，经过冲片后得到实验电池用极片。以金属钠作为对电极，电解液为1.0M浓度的 NaPF6的乙基碳酸酯(EC)和二甲基碳酸酯(DMC)(体积比1:1)的溶液，隔膜为celgard2400膜，在充满氩气气氛的手套箱内装配成扣式电池。对该扣式电池进行充放电循环测试：充放截止电压为0.01-2.6V,充放电流均为500mA/g。
实施例2
1).分别称量0.2g SbCl3、0.1g三氨基苯酚、0.1ml甲醛和1ml氨水，然后溶解在30ml去离子水中，将混合溶液在磁力搅拌器上搅拌反应30分钟后得到溶液A；
2).将20ml丙酮加入溶液A中，使其静置30mim；
3).将静置后的溶液A进行8000rpm进行离心分离5min后置于烘箱中在75℃温度下烘干12h后得到产物B；
4).将产物B放入石英舟，将石英舟置于高温管式炉内在800℃温度下反应6小时后便可得到C/Sb2O3/C复合空心球材料。
所得C/Sb2O3/C复合空心球负极材料电化学测试方法如下：
采用扣式电池来研究负极材料的电化学性能，采用DMF为溶剂，极片的配方按照C/Sb2O3/C复合空心球材料:PVDF:乙炔黑＝7:2:1的比例与DMF溶剂混合调制成浆料，然后将浆料均匀涂覆在铜箔上，将涂覆后的铜箔放入真空干燥箱中在80℃烘干12小时后，经过冲片后得到实验电池用极片，以金属钠作为对电极，电解液为1.0M浓度的NaPF6的乙基碳酸酯(EC)和二甲基碳酸酯(DMC)(体积比1:1)的溶液，隔膜为celgard2400膜，在充满氩气气氛的手套箱内装配成扣式电池。对该扣式电池进行充放电循环测试：充放截止电压为0.01-2.6V，充放电流均为500mA/g。
实施例3
1).分别称量0.4g SbCl3、0.1g三氨基苯酚、0.1ml甲醛和1ml氨水，然后溶解在30ml去离子水中，将混合溶液在磁力搅拌器上搅拌反应30分钟后得到溶液A；
2).将20ml丙酮加入溶液A中，使其静置30mim；
3).将静置后的溶液A进行8000rpm进行离心分离5min后置于烘箱中在75℃温度下烘干12h后得到产物B；
4).将产物B放入石英舟，将石英舟置于高温管式炉内在800℃温度下反应6小时后便可得到C/Sb2O3/C复合空心球材料。
所得C/Sb2O3/C复合空心球负极材料电化学测试方法如下：
采用扣式电池来研究负极材料的电化学性能，采用DMF为溶剂，极片的配方按照C/Sb2O3/C复合空心球材料:PVDF:乙炔黑＝7:2:1的比例与DMF溶剂混合调制成浆料，然后将浆料均匀涂覆在铜箔上，将涂覆后的铜箔放入真空干燥箱中在80℃烘干12小时后，经过冲片后得到实验电池用极片。以金属钠作为对电极，电解液为1.0M浓度的 NaPF6的乙基碳酸酯(EC)和二甲基碳酸酯(DMC)(体积比1:1)的溶液，隔膜为celgard2400膜，在充满氩气气氛的手套箱内装配成扣式电池。对该扣式电池进行充放电循环测试：充放截止电压为0.01-2.6V,充放电流均为500mA/g。
实施例4
1).分别称量0.7g SbCl3、0.1g三氨基苯酚、0.1ml甲醛和1ml氨水，然后溶解在30ml去离子水中，将混合溶液在磁力搅拌器上搅拌反应30分钟后得到溶液A；
2).将20ml丙酮加入溶液A中，使其静置30mim；
3).将静置后的溶液A进行8000rpm进行离心分离5min后置于烘箱中在75℃温度下烘干12h后得到产物B；
4).将产物B放入石英舟，将石英舟置于高温管式炉内在800℃温度下反应6小时后便可得到C/Sb2O3/C复合空心球材料。
所得C/Sb2O3/C复合空心球负极材料电化学测试方法如下：
采用扣式电池来研究负极材料的电化学性能，采用DMF为溶剂，极片的配方按照活性物质:PVDF:乙炔黑＝7:2:1的比例与DMF溶剂混合调制成浆料，然后将浆料均匀涂覆在铜箔上，将涂覆后的铜箔放入真空干燥箱中在80℃烘干12小时后，经过冲片后得到实验电池用极片。以金属钠作为对电极，电解液为1.0M浓度的NaPF6的乙基碳酸酯(EC)和二甲基碳酸酯(DMC)(体积比1:1)的溶液，隔膜为celgard2400 膜，在充满氩气气氛的手套箱内装配成扣式电池。对该扣式电池进行充放电循环测试：充放截止电压为0.01-2.6V,充放电流均为500mA/g。
近年来钠离子电池负极材料主要研究内容包括锑基材料、氧化物、合金材料、硫化物和磷化物等。其中，锑基材料氧化锑(Sb2O3)是一种大量存在的锑源，具有较高的钠离子电池比容量。空心结构碳纳米球因其独特的结构和功能迅速创新，可用于能量的转换、储存等，有着新兴市场的潜力。而且高容量的锂离子电池负极已被证明使用了多壳中空碳纳米球，综合以上原因使C/Sb2O3/C复合空心球材料理所因当的成为作为电池负极材料的优质选择对象，在新能源领域具有良好的应用前景。
本发明合成的C/Sb2O3/C复合空心球材料中Sb2O3作为钠离子电池的负极材料的理论比容量高，但在钠离子的充放电过程中产生体积膨胀，易粉末化，导致钠离子电池的循环性能差。因此用第一层碳是为了增加Sb2O3的导电性，第二层碳是为了包裹Sb2O3材料，为Sb2O3作为钠离子电池负极材料提供一个缓冲的空间，以此提高C/Sb2O3/C复合空心球材料作为钠离子电池的比容量，循环性能和导电性能。

Claims (2)

1.一种钠离子电池负极材料C/Sb2O3/C复合空心球材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：
将三氨基苯酚，氯化锑，氨水和甲醛按照10：10：91：8～100:70：91：8的质量比称取好，并溶于去离子水中，将溶液放在磁力搅拌上反应后得到溶液A；
步骤二：
将与步骤一中的三氨基苯酚质量比例为160：1的丙酮加入溶液A中，静置30min；
步骤三：
将步骤二中静置后的溶液A在8000rpm进行离心分离5min，置于烘箱中在75℃温度下烘干12h得到产物B；
步骤四：
将产物B放入石英舟，将石英舟置于高温管式炉内在预定温度下反应预定时间后得C/Sb2O3/C复合空心球材料；
所述步骤一中三氨基苯酚的质量为0.1~1g，氯化锑的质量为0.1~0.7g，所述步骤一中氨水的体积为1ml，所述步骤一中甲醛的体积为0.1ml；
所述步骤一中磁力搅拌反应时长为5~30分钟；
所述步骤四中反应温度为600~1000°C，所述步骤四中反应时长为3~12小时；
所述步骤一中的三氨基苯酚和甲醛为碳源，所述步骤一中的氯化锑为锑源。
2.基于权利要求1所述制备方法所得C/Sb2O3/C复合空心球材料的应用，其特征在于，应用于组装扣式电池，采用DMF为溶剂，极片的配方按照C/Sb2O3/C复合空心球材料:PVDF:乙炔黑=7:2:1的比例与DMF溶剂混合调制成浆料，然后将浆料均匀涂覆在铜箔上，将涂覆后的铜箔放入真空干燥箱中在80°C烘干12小时后，经过冲片后得到实验电池用极片，以金属钠作为对电极，电解液为1.0M浓度的NaPF6的碳酸乙烯酯EC和二甲基碳酸酯按体积比1:1配比的溶液，隔膜为celgard2400膜，在充满氩气气氛的手套箱内装配成扣式电池，对该扣式电池进行充放电循环测试：充放截止电压为0.01-2.6V，充放电流均为500mA/g。
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