用于钠离子电池负极氮掺杂磷酸锑/碳复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及用于钠离子电池负极氮掺杂磷酸锑/碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)将纳米Sb2O3粉末、氧化石墨烯、去离子水加入到圆底烧瓶中超声；再加入磷酸溶液，并放入水浴锅中加热，当加热温度升至85～95℃时，加入过氧化氢溶液并在85～95℃下恒温回流2.0～2.5h；加入到去离子水后超声，得到悬浮液A；2)三聚氰胺和甲醛溶液与氨水，再加入去离子，在水浴锅内反应，得到溶液B；3)将悬浮液A与溶液B混合，加入磷酸，恒温反应，离心得到黑色粉末；4)黑色粉末在管式炉中加热得到成品。通过简单水浴法和热处理制备了形貌均一的磷酸锑/碳复合材料。合材料。合材料。

【技术实现步骤摘要】
用于钠离子电池负极氮掺杂磷酸锑/碳复合材料的制备方法


[0001]本专利技术属于钠离子电池负极材料领域，尤其涉及一种用于钠离子电池负极氮掺杂磷酸锑/碳复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]随着环境问题的日益严重以及化石能源的日益枯竭，电化学储能技术已经被广泛的应用于我们的生活当中。锂离子电池由于其能量密度高、自放电率低、重量轻、循环性能好等优点而受到了人们的广泛关注。然而，锂资源的分布不均以及储量匮乏限制了其应用和发展，钠金属由于储量丰富且与锂性质相似使得钠离子电池成为了锂离子电池的潜在替代品。
[0003]在目前已知的众多负极材料中，锑基负极材料由于其较高的比容量、合适的工作电压、易于合成等优点受到了人们广泛关注。相较于氧化锑、硫化锑等锑基复合材料，磷酸盐具有开放的框架结构，独特的物理化学性质，可以有效缓冲体积变化，避免更多的副反应，从而提高循环稳定性。同时，在磷酸锑晶体中，由于锑离子中存在孤对电子使其具有良好的吸附、掺杂、磁性和导电性。另外，从磷酸盐中得到的Na3PO4是离子导体，可以降低钠的扩散能垒，促进反应动力学，并且磷酸锑在钠化过程中生成的Sb和Na
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Sb可以为电子构建一个三维路径。尽管如此，单纯的磷酸锑在作为钠离子电池负极材料时存在循环稳定性差、导电性差等问题。为此，科研工作者们通常选择将磷酸锑与碳材料复合来解决上述问题。
[0004]研究表明，碳材料的结构和形貌是影响磷酸锑/碳复合材料的重要因素之一。石墨烯由于其独特的结构而具有很高的柔韧性，可以有效抑制磷酸锑在充放电过程中的巨大体积变化，进而显著增强电极稳定性。密胺树脂碳源由于合成原料中含有大量的三聚氰胺从而使得碳材料中含有众多的氮掺杂和缺陷位点，以此提高复合材料的电化学性能。除此以外，三聚氰胺的存在还会将氮原子引入氧化石墨烯中，提高石墨烯的导电性，还可以为氧化石墨烯表面引入了大量的活性位点，从而增强了氧化石墨烯对离子的吸附能力。
[0005]目前，对于钠离子电池负极用磷酸锑/碳复合材料的研究存在不足，基本上采用水热法、静电纺丝法等方法合成此种复合材料。其中水热法合成过程多变，尺寸和形貌难以控制，而静电纺丝法则存在生产成本昂贵等问题。

技术实现思路

[0006]为克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种用于钠离子电池负极氮掺杂磷酸锑/碳复合材料的制备方法，选用三聚氰胺树脂和氧化石墨烯同时作为磷酸锑/碳复合材料的碳源，有效抑制磷酸锑单独作为钠离子电池负极电极材料时存在的问题，还可以为复合材料引入大量的氮掺杂，采用简单水浴法制备了磷酸锑/碳复合材料，将其作为钠离子负极材料时获得优异的电化学性能。
[0007]为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0008]用于钠离子电池负极氮掺杂磷酸锑/碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]1)将0.6～0.8g纳米Sb2O3粉末、0.1～0.3g氧化石墨烯、8～15ml去离子水加入到50ml圆底烧瓶中超声20～40min；
[0010]2)向圆底烧瓶中加入0.2～0.5g质量浓度为85％的磷酸溶液，并放入水浴锅中加热，搅拌速度为10～30转/min；
[0011]3)当加热温度升至85～95℃时，向圆底烧瓶中加入5～10mL质量浓度为30％的过氧化氢溶液并在85～95℃下恒温回流2.0～2.5h；待反应结束后利用去离子水离心2～3次，再将其加入到20～60ml去离子水后超声25～35min，得到悬浮液记为悬浮液A；
[0012]4)按1:3至1:4的质量比称取三聚氰胺和甲醛溶液，三聚氰胺的质量为0.2～0.8g；依次将其注入到25mL烧瓶中并滴入0.5～1mL氨水，加入去离子水调节pH值至8～9，在水浴锅内反应20～40min，反应温度为65～75℃，得到三聚氰胺预聚体溶液，将其记为溶液B；
[0013]5)将悬浮液A加入到250mL圆底烧瓶中，控温65～75℃，再加入溶液B，待两者充分混合后滴加质量浓度为85％的磷酸调节体系pH至5～6，恒温反应2～4h，反应结束后将所得料液离心，干燥后得到黑色粉末；
[0014]6)将步骤5)中的黑色粉末放入管式炉中以3
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6℃/min的升温速率加热至650
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750℃，并保温1
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3h后，得到磷酸锑/碳复合材料。
[0015]步骤4)所述的氨水为分析纯氨水。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0017]本专利技术通过简单水浴法和热处理制备了形貌均一的磷酸锑/碳复合材料，该方案简单、高效、生产成本低、磷源和锑源丰富、重复性高，有效避免了水热反应中过程多变，尺寸和形貌难以控制的缺点，同时实验设施简单且便宜。另外，由于氧化石墨烯具有较高的柔韧性以及三聚氰胺树脂中丰富的氮源造就了复合材料的特殊形貌和结构，因此磷酸锑/碳复合材料表现出了较为优异的电化学性能。除此以外，本专利技术采用的水溶剂反应体系，有效避免了有机溶剂反应体系中因有机溶剂热蒸发引起的安全危害和对样品纯度的影响，可行性强。
附图说明
[0018]图1是用于钠离子电池负极氮掺杂磷酸锑/碳复合材料的制备流程图。
[0019]图2是实施例1～4制备样品的XRD谱图。
[0020]图3是实施例2制备样品的XPS全谱图及N1s精细谱图。
[0021]图4是实施例2制备样品的扫描电镜图。
[0022]图5是实施例1～4制备样品应用于钠离子电池的倍率性能图。
[0023]图6是实施例1～4制备样品应用于钠离子电池在电流密度为100mA/g时的循环性能图。
[0024]图7是实施例2制备样品应用于钠离子电池在电流密度为1000mA/g时的循环性能图。
具体实施方式
[0025]下面对本专利技术进行详细地描述，但是应该指出本专利技术的实施不限于以下的实施方式。
[0026]实施例1
[0027]MFC@SbPO4‑
0.3复合材料的制备，具体制备过程如下，见图1：
[0028]1)将0.7g纳米Sb2O3粉末、0.2g氧化石墨烯(GO)和10ml去离子水加入到50ml圆底烧瓶中超声30min。
[0029]2)再向50ml圆底烧瓶中加入0.4g质量浓度为85％的磷酸溶液，并放入水浴锅中开始加热，搅拌速度为10～30转/min。
[0030]3)当反应体系温度升至90℃时，向圆底烧瓶中加入5mL质量浓度为30％的过氧化氢溶液并在90℃下恒温回流2h。待反应结束后利用去离子水离心2～3次，再将其加入到50ml去离子水后超声30min，得到悬浮液记为悬浮液A。
[0031]4)称取质量比为1:3的三聚氰胺和甲醛溶液(其中三聚氰胺的质量为0.3g)，然后依次将其注入到25mL烧瓶中并滴入0.5mL氨水(分析纯，国药集团)，加入适量的水调节pH值至8～9，然后在水浴锅内反应30min(反应温度为70℃)后得到三聚氰胺预聚体溶液，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于钠离子电池负极氮掺杂磷酸锑/碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将0.6～0.8g纳米Sb2O3粉末、0.1～0.3g氧化石墨烯、8～15ml去离子水加入到50ml圆底烧瓶中超声20～40min；2)向圆底烧瓶中加入0.2～0.5g质量浓度为85％的磷酸溶液，并放入水浴锅中加热，搅拌速度为10～30转/min；3)当加热温度升至85～95℃时，向圆底烧瓶中加入5～10mL质量浓度为30％的过氧化氢溶液并在85～95℃下恒温回流2.0～2.5h；待反应结束后利用去离子水离心2～3次，再将其加入到20～60ml去离子水后超声25～35min，得到悬浮液记为悬浮液A；4)按1:3至1:4的质量比称取三聚氰胺和甲醛溶液，三聚氰胺的质量为0.2～0.8g；依次将其注入到25mL烧瓶中...

【专利技术属性】
技术研发人员：周卫民，牟远，张万涛，王璐瑶，李建科，徐桂英，王坤，李莉香，安百钢，
申请(专利权)人：海城申合科技有限公司，
类型：发明
国别省市：