CN115472823A - 一种Sb2S3@Sb6O13@rGO复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种Sb2S3@Sb6O13@rGO复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种Sb2S3@Sb6O13@rGO复合材料及其制备方法和应用，所述Sb2S3@Sb6O13@rGO复合材料是将锑盐、L‑酒石酸和硫化剂分别溶于去离子水中搅拌均匀后混合，随后向上述混合液中加入聚乙烯吡咯烷酮，经搅拌反应后转移到不锈钢反应釜中，在100～200℃下反应15～28个小时后，抽滤后进行冷冻干燥，制备出球状硫化锑，随后将球硫化锑置于管式炉中气体氛围下反应1‑5个小时后随炉冷却制得中间产物Sb2S3/Sb复合材料，将上一步得到得Sb2S3/Sb复合材料溶于去离子水中进行超声后与氧化石墨烯溶液混合后转移到不锈钢反应釜中进行第二次水热反应，经过抽滤、冷冻干燥后收集到的样品即为Sb2S3@Sb6O13@rGO复合材料。

Description

一种Sb2S3@Sb6O13@rGO复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及锂离子电池负极材料制备技术领域，特别涉及一种Sb2S3@Sb6O13@rGO复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
锂离子电池具有电压高、能量密度大、安全性能好、安全性能好等优点，目前对锂离子电池的研究进入了新阶段，寻找新型的电极材料成为当前的主要任务。传统的锂离子电池负极材料为碳材料，但是目前碳材料因其存在较大的能量损失和差的倍率性能等缺陷；碳材料在有机电解质中容易形成钝化膜，引起容量的不可逆损失；且碳电极的电解电位与金属的电极电位相近，在充放电过程中，碳电极表面容易析出金属，形成枝晶从而造成短路；已经不能完全满足于现在的市场需求了，因此寻找能比碳负极电位稍高的电位嵌入锂并且安全性能可靠的新型锂离子电池负极材料成为人们的研究方向。
金属硫化物具有较高的理论比容量，且与金属氧化物相比，由于氧元素被硫元素所取代，金属硫化物在充放电过程中相较于金属氧化物的体积膨胀率相对较小，但是体积膨胀系数过大，仍然是制约金属硫化物在电池负极材料上应用的主要原因，硫化锑拥有极具潜力的理论比容量，且储量丰富，制备简单，成本低，但是其作为负极材料时，由于合金化反应导致体积膨胀致使活性材料粉碎，从而造成首圈库伦效率低，电化学性能不佳的现象，限制了其在锂电池中的利用。
发明内容
本发明提供一种Sb2S3@Sb6O13@rGO复合材料的制备方法，所述Sb2S3@Sb6O13@rGO复合材料的制备方法能有效缓解充放电过程中产生的体积膨胀效应，从而使得电化学性能得到了改善，此外容量方面除了硫化锑可以提供容量外，Sb6O13也可以提供容量，这也是其电化学性能优异的因素之一，且本发明制作方法简单、成本低、产量高，适合工业批量生产。
一种Sb2S3@Sb6O13@rGO复合材料的制备方法，包括如下步骤：
S1：将可溶性锑盐、L-酒石酸和硫化剂分别溶解于装有去离子水的烧杯中，得到混合溶液A；
S2：向溶液A中加入聚乙烯吡咯烷酮，得到混合溶液C；
S3：将溶液C转移到不锈钢反应釜中进行水热反应，抽滤后进行干燥得到固体D；
S4：将固体D置于管式炉中，气体氛围下烧结随炉冷却后得到中间产物E；
S5：将中间产物E溶于去离子水中超声后与氧化石墨烯溶液混合后转移到不锈钢反应釜中进行第二次水热反应；
S6：水热反应后随炉冷却，抽滤、干燥后得到固体F；
S7：将固体F冷冻干燥后，即得到Sb2S3@Sb6O13@rGO复合材料。
优选地，所述固体D为球状硫化锑。
优选地，所述的锑盐为硝酸锑、溴化锑、三氯化锑、硫化锑、三氯化锑、五氯化锑、硫酸锑、氢氧化锑中的一种或几种。
优选地，所述聚乙烯吡咯烷酮用于修饰球状硫化锑的形状。
优选地，所述硫化剂为硫化钠、硫代乙酰胺、L-半胱氨酸中的一种或几种。
优选地，所述球状硫化锑在管式炉中的气体氛围为N2/H2、Ar2/H2、N2、Ar2中的一种或几种。
优选地，所述干燥方法为冷冻干燥法，干燥时间为10-48小时，水热反应参数为100～200℃下反应15～28小时。
优选地，在所述管式炉内烧结时间为1～5小时。
并且提供一种Sb2S3@Sb6O13@rGO复合材料，采用所述的制备方法所制得。
并且提供一种Sb2S3@Sb6O13@rGO复合材料的应用，所述Sb2S3@Sb6O13@rGO复合材料在锂离子电池负极材料领域中的应用。
综上所述，本发明相对于现有技术其有益效果是：
本发明的Sb2S3@Sb6O13@rGO复合材料的微观结构中为石墨烯包裹的球状，该结构可以增大比表面积，允许锂离子的嵌入与脱出，还原氧化石墨锡的包覆，进一步缓解了体积膨胀，使得倍率性和循环性均得到了改善。
本发明中首次将Sb2S3与Sb6O13和还原氧化石墨烯结合，不仅有效印制了充放电过程中的体积膨胀，而且由于Sb6O13和还原氧化石墨烯的加入不仅提供了了容量而且还降低了充放电过程中容量衰减速率,进一步提升了Sb2S3材料的稳定性。
附图说明
图1为本发明中Sb2S3@Sb6O13@rGO复合材料的sem图像。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
步骤1、分别称取1mmol的SbCl3、L-半胱氨酸以及L-酒石酸溶于烧杯中，得到溶液A；
步骤2、称取6g的聚乙烯聚乙烯吡咯烷酮加入到溶液A中，减半均匀后转移到不锈钢反应釜中，随后置于加热箱中，设置温度为120℃，时间为12小时，随炉冷却后收集样品硫化锑；
步骤3、称取1mmol步骤2制备的硫化锑置于真空管式炉中，氢气氩气的混合氛围下，400℃烧结3个小时后，炉冷，得到中间产物Sb2S3/Sb复合材料；
步骤4、继续称取由步骤3制备的Sb2S3/Sb复合材料与去离子水混合溶解后进行超声，随后将其与氧化石墨烯溶液混合，经搅拌均匀后转移到不锈钢反应釜中，进行第二次水热反应，设置水热温度120℃，时间为12小时随炉冷却后，收集样品即为Sb2S3@Sb6O13@rGO复合材料。
实施例2
步骤1、分别称取0.5mmol的SbCl3、L-半胱氨酸以及L-酒石酸溶于烧杯中，得到溶液A；
步骤2、称取3g的聚乙烯聚乙烯吡咯烷酮加入到溶液A中，减半均匀后转移到不锈钢反应釜中，随后置于加热箱中，设置温度为150℃，时间为12小时，随炉冷却后收集样品硫化锑；
步骤3、称取0.5mmol步骤2制备的硫化锑置于真空管式炉中，氢气氩气的混合氛围下，500℃烧结5个小时后，炉冷，得到中间产物Sb2S3/Sb复合材料；
步骤4、继续称取由步骤3制备的Sb2S3/Sb复合材料与去离子水混合溶解后进行超声，随后将其与氧化石墨烯溶液混合，经搅拌均匀后转移到不锈钢反应釜中，进行第二次水热反应，设置水热温度150℃，时间为12小时随炉冷却后，收集样品即为Sb2S3@Sb6O13@rGO复合材料。

Claims (10)

1.一种Sb2S3@Sb6O13@rGO复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将可溶性锑盐、L-酒石酸和硫化剂分别溶解于装有去离子水的烧杯中，得到混合溶液A；
S2：向溶液A中加入聚乙烯吡咯烷酮，得到混合溶液C；
S3：将溶液C转移到不锈钢反应釜中进行水热反应，抽滤后进行干燥得到固体D；
S4：将固体D置于管式炉中，气体氛围下烧结随炉冷却后得到中间产物E；
S5：将中间产物E溶于去离子水中超声后与氧化石墨烯溶液混合后转移到不锈钢反应釜中进行第二次水热反应；
S6：水热反应后随炉冷却，抽滤、干燥后得到固体F；
S7：将固体F冷冻干燥后，即得到Sb2S3@Sb6O13@rGO复合材料。
2.根据权利要求1所述的Sb2S3@Sb6O13@rGO复合材料的制备方法，其特征在于，所述固体D为球状硫化锑。
3.根据权利要求1所述的Sb2S3@Sb6O13@rGO复合材料的制备方法，其特征在于，所述的锑盐为硝酸锑、溴化锑、三氯化锑、硫化锑、三氯化锑、五氯化锑、硫酸锑、氢氧化锑中的一种或几种。
4.根据权利要求2所述的Sb2S3@Sb6O13@rGO复合材料的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮用于修饰球状硫化锑的形状。
5.根据权利要求1所述的Sb2S3@Sb6O13@rGO复合材料的制备方法，其特征在于，所述硫化剂为硫化钠、硫代乙酰胺、L-半胱氨酸中的一种或几种。
6.根据权利要求2所述的Sb2S3@Sb6O13@rGO复合材料的制备方法，其特征在于，所述球状硫化锑在管式炉中的气体氛围为N2/H2、Ar2/H2、N2、Ar2中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的Sb2S3@Sb6O13@rGO复合材料的制备方法，其特征在于，所述干燥方法为冷冻干燥法，干燥时间为10-48小时，水热反应参数为100～200℃下反应15～28小时。
8.根据权利要求1所述的Sb2S3@Sb6O13@rGO复合材料的制备方法，其特征在于，在所述管式炉内烧结时间为1～5小时。
9.一种Sb2S3@Sb6O13@rGO复合材料，其特征在于，采用权利要求1～7任意一项所述的制备方法所制得。
10.一种根据权利8所述的Sb2S3@Sb6O13@rGO复合材料的应用，其特征在于，所述Sb2S3@Sb6O13@rGO复合材料在锂离子电池负极材料领域中的应用。
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