一种核壳结构石墨炔包覆金属锑的电极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种核壳结构石墨炔包覆金属锑的电极材料及其制备方法和应用，包括以下步骤：制备氧化亚铜纳米立方块并分散于丙酮中，再与六乙炔基苯

【技术实现步骤摘要】
一种核壳结构石墨炔包覆金属锑的电极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电池
，具体涉及一种核壳结构石墨炔包覆金属锑的电极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]钠离子电池具有原料钠资源储量丰富、兼容现有锂离子电池生产工艺、集流体可用更低廉的铝箔替代铜箔、可使用低浓度电解液、安全性高等优势，在大规模储能以及交通、电气化等领域展现出巨大的应用前景。若该电池在技术上取得突破并实现工业化，将对储能领域产生革命性影响。目前，缺乏稳定、高效的负极材料是限制钠离子电池技术发展的重要瓶颈之一，开发兼具高稳定性、高比容量和高倍率性能的新型钠离子电池负极材料势在必行。在众多钠离子电池负极材料中，金属锑(Sb)是一种极具潜力的钠离子电池负极材料，具有理论容量高(660mAh/g)、导电性好、工作电压较为适合、资源储量丰富(中国是世界上锑资源储量最丰富的国家，占全球总储量的47％)等优点。
[0003]高容量锑基材料储钠过程中存在明显的体积膨胀效应，导致循环稳定性差，严重制约其在钠离子电池上的实际应用。尽管碳包覆是提高锑基材料稳定性的有效手段之一，但仍存在：(1)碳壳本身的储钠容量低，与锑基材料复合后会降低复合材料的比容量；(2)不利于钠离子的快速传输，降低了材料的倍率性能；(3)碳化温度高导致低熔点金属锑挥发，难以保障活性材料锑的高含量等问题。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术，本专利技术提供一种核壳结构石墨炔包覆金属锑的电极材料及其制备方法和应用，以解决现有碳包覆锑基材料存在的储钠容量低、比容量低、倍率性能低等问题。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：提供一种核壳结构石墨炔包覆金属锑的电极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006](1)制备氧化亚铜纳米立方块；
[0007](2)将氧化亚铜纳米立方块分散于丙酮中，再与六乙炔基苯
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吡啶溶液混合，其后避光搅拌反应20～28h，再避光静置反应45～50h，其后经洗涤、干燥，得氧化亚铜@石墨炔复合材料；
[0008](3)将氧化亚铜@石墨炔复合材料于氢氩混合气气氛下退火处理，得铜纳米立方块@石墨炔复合材料；
[0009](4)将三氯化锑与有机溶剂和四丁基四氟硼酸铵混合后，再与铜纳米立方块@石墨炔混合，再搅拌反应70～75h，其后经洗涤、干燥，即得。
[0010]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0011]进一步，氧化亚铜立方块的尺寸为100～500nm。
[0012]进一步，氧化亚铜纳米立方块由以下步骤制得：将1.2～1.25M的氢氧化钠溶液与0.18～0.2M的硫酸铜溶液按体积比1:4混合，并搅拌4～6min，得混合液，再将0.03～0.05M的抗坏血酸溶液与混合液按体积比1:2混合，并搅拌10～20min，其后静置陈化0.8～1.2h，再将溶液中的沉淀洗涤、干燥，即得。
[0013]进一步，六乙炔基苯
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吡啶溶液由以下步骤制得：将六(三甲硅基乙炔基)苯溶于四氢呋喃溶液中，并于冰浴下搅拌10～20min，其后加入四丁基氟化铵，并搅拌10～20min，再进行萃取，萃取结束后将萃取液进行旋蒸处理，再将所得固体粉末溶于吡啶中，即得。
[0014]进一步，步骤(2)中所得氧化亚铜
‑
丙酮溶液的浓度为5～20mg/ml，步骤(2)中氧化亚铜纳米立方块和六乙炔基苯的摩尔比为5～50:1；步骤(2)中六乙炔基苯
‑
吡啶溶液的浓度为5～20mg/ml。
[0015]进一步，氢氩混合气中H2和Ar的体积比为92～96:4～8；退火处理的温度为200～450℃，时间为2～10h。
[0016]进一步，步骤(4)中，三氯化锑(SbCl3)和铜纳米立方块@石墨炔中铜的摩尔比为1:0.5～5；有机溶剂为二甲基亚砜、乙醇、异丙醇、甲苯或正己烷。
[0017]本专利技术还提供了上述制备方法制得的核壳结构石墨炔包覆金属锑的电极材料。
[0018]本专利技术还提供了上述核壳结构石墨炔包覆金属锑的电极材料在制备钠离子电池中的应用。
[0019]进一步，将核壳结构石墨炔包覆金属锑的电极材料、导电炭黑和羧甲基纤维素钠按照质量比7:2:1配置成浆料涂在铜箔上，得负极电极，再与钠金属薄片组装成半电池，隔膜为玻璃纤维，电解液为1M NaClO4的EC/DMC溶液。
[0020]本专利技术的有益效果是：
[0021]1、本专利技术的制备方法是一种快速、便捷有效的制备方法，以获得核壳结构金属锑@石墨炔，制备得材料形貌可控，且制备得到的钠离子电池负极材料具有优异的倍率性能和长循环性能，电化学性能优异。
[0022]2、本专利技术使用的石墨炔具有其他碳材料所不具备的优势：石墨炔具有大的面间距和丰富的面内孔道结构，有利于离子传输；可低温生长(<100℃)；储钠位点丰富，纯石墨炔比容量高达760mAh g
‑1。该种制备方法制备出的核壳结构金属锑@石墨炔相比较于传统碳包覆金属锑，有望实现钠离子电池的长循环寿命、高的能量密度和功率密度。
附图说明
[0023]图1为实施例1制备的氧化亚铜材料的扫描电子显微镜照片(SEM)；
[0024]图2为实施例1制备的氧化亚铜@石墨炔的扫描电子显微镜照片(SEM)；
[0025]图3为实施例1制备的氧化亚铜@石墨炔的透射电子显微镜照片(TEM)；
[0026]图4为实施例1制备的氧化亚铜@石墨炔的拉曼光谱图(Raman)；
[0027]图5为实施例1制备的铜@石墨炔的透射电子显微镜照片(TEM)；
[0028]图6为实施例1制备的锑@石墨炔的扫描电子显微镜照片(TEM)；
[0029]图7为实施例1制备的锑@石墨炔的X射线衍射谱图(XRD)；
[0030]图8为实施例1制备的锑@石墨炔在1000mA g
‑1电流密度下的循环性能图；
[0031]图9为实施例1制备的锑@石墨炔在不同电流密度下的倍率性能图。
具体实施方式
[0032]下面结合实施例对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。
[0033]实施例1
[0034]一种核壳结构石墨炔包覆金属锑(锑@石墨炔)的电极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0035](1)将1.5mmol的五水硫酸铜溶解于80ml去离子水中，将浓度为1.25M的氢氧化钠溶液取20ml在搅拌下加入五水硫酸铜溶液中，并搅拌5min，再将50ml 0.05M的抗坏血酸溶液在搅拌下加入上述溶液中，并搅拌15min，其后静置陈化1h，再将溶液中的沉淀经无水乙醇洗涤并在60℃真空干燥，得到氧化亚铜纳米立方块；
[0036](2)取195.8mg的石墨炔前驱体(六(三甲硅基乙炔基)苯)溶于四氢呋喃溶液中，并于冰浴下搅拌15min，其后向其中加入1.610ml四丁基氟化铵，并搅拌15min，其后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核壳结构石墨炔包覆金属锑的电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备氧化亚铜纳米立方块；(2)将氧化亚铜纳米立方块分散于丙酮中，再与六乙炔基苯
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吡啶溶液混合，其后避光搅拌反应20～28h，再避光静置反应45～50h，其后经洗涤、干燥，得氧化亚铜@石墨炔复合材料；(3)将氧化亚铜@石墨炔复合材料于氢氩混合气气氛下退火处理，得铜纳米立方块@石墨炔复合材料；(4)将三氯化锑与有机溶剂和四丁基四氟硼酸铵混合后，再与铜纳米立方块@石墨炔混合，再搅拌反应70～75h，其后经洗涤、干燥，即得。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述氧化亚铜立方块的尺寸为100～500nm。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述氧化亚铜纳米立方块由以下步骤制得：将1.2～1.25M的氢氧化钠溶液与0.18～0.2M的硫酸铜溶液按体积比1:4混合，并搅拌4～6min，得混合液，再将0.03～0.05M的抗坏血酸溶液与混合液按体积比1:2混合，并搅拌10～20min，其后静置陈化0.8～1.2h，再将溶液中的沉淀洗涤、干燥，即得。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述六乙炔基苯
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吡啶溶液由以下步骤制得：将六(三甲硅基乙炔基)苯溶于四氢呋喃溶液中，并于冰浴下搅拌10～20min，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨维清，卿月，白佳，唐琪，王勇彬，张明哲，蒲犇，刘妍，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：