[發明專利]一種溶劑熱制備鈉離子電池負極用Sb2

有效

• 申請號: 201711085746.7
• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107946559B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 曹麗云;郭玲;李嘉胤;黃劍鋒;程婭伊;齊慧;席喬;何元元
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/054
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 張震國

技術領域

本發明屬于鈉離子電池負極材料制備領域，具體涉及一種溶劑熱制備鈉離子電池負極用Sb₂Se₃/C復合材料的方法。

背景技術

能源是人類社會發展的基礎，而能源的儲存和轉換已成為制約世界經濟可持續發展的重要問題。依據目前的研究進展與技術發展，鈉離子電池儲能技術因為具有原料資源豐富，成本低廉，分布廣泛；半電池電勢高0.3～0.4V(即能利用分解電勢更低的電解質溶劑及電解質鹽，電解質的選擇范圍更寬)；相對穩定的電化學性能，使用更加安全等優勢受到廣大研究者的關注，認為鈉離子電池的研究開發可能研制出性能優良、安全穩定的材料來滿足能源需求。鈉離子電池的性能很大程度上取決于正負極材料，負極材料中金屬化合物具有高的比能量，如銻基硒化物鈉離子電池負極材料Sb₂Se₃，一種具有層狀結構的Ⅴ-Ⅵ族化合物，作為鈉離子電池負極材料，1mol的Sb₂Se₃可以與12mol的Na⁺反應，使其具有678mAh·g^-1的理論容量。但是與多個鈉離子發生電化學反應帶來高比能量的同時，也使其自身產生了巨大的體積變化。在充放電過程中，伴隨著鈉離子的嵌入脫出，高比能量負極反復承受巨大的體積變化，容易粉化、剝落，使電極結構遭到嚴重破壞，從而導致其循環比容量的迅速下降。

據文獻報道，大部分研究采用納米化、與惰性相復合、與碳材料復合等方法來降低高比能量負極在充放電過程中的體積變化，提高循環穩定性。Wenxi Zhao等采用“一鍋煮”的方法，將Sb2Se3與氮摻雜氧化石墨烯復合，在0.1A g-1的電流密度下，首次放電容量為1000mA h g-1，循環50次之后容量依然可以保持在560mA h g-1(Zhao W,Li C M.Mesh-structured N-doped graphene@Sb2Se3hybrids as an anode for large capacity sodium-ion batteries.[J].Journal of Colloid&Interface Science,2016,488:356-364)。Xing Qu等人將Sb2Se3與還原石墨烯復合，在1.0A g-1的電流密度下，循環500次之后容量依然可以保持在471mA h g-1(Ou X,Yang C,Xiong X,et al.A New rGO‐Overcoated Sb2Se3Nanorods Anode for Na+Battery:In Situ X‐Ray Diffraction Study on a Live Sodiation/Desodiation Process[J].Advanced Functional Materials,2017.)。這些報道都說明與碳材料復合能明顯改善Sb2Se3鈉離子電池負極材料的循環穩定性，但是目前研究中所用到的碳源大多是石墨烯這一類價格昂貴、制備周期長的材料，因此尋找一種不僅價格低廉、綠色環保還能提高循環穩定性的碳源及適合大規模生產的制備方法是十分具有意義的。

發明內容

本發明的目的在于提出一種溶劑熱制備鈉離子電池負極用Sb₂Se₃/C復合材料的方法。所制備的Sb₂Se₃/C復合材料，作為鈉離子電池負極材料表現出優異的循環穩定性。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

1)按1：(1～10)的質量比取SbCl₃和碳源，然后將SbCl₃加入無水乙醇中攪拌至完全溶解得到SbCl₃濃度為0.002moL/L～0.1moL/L的透明溶液A1，將碳源加入去離子水攪拌至完全溶解得到碳源濃度為0.0023g/mL～0.3422g/mL的透明碳源溶液A2，將A2加入A1攪拌至完全分散記為A；

2)按SbCl₃：Se：硼氫化鈉為(0.1～1.5)：(0.15～2.25)：(0.225～3.375)的摩爾比將硼氫化鈉制備成0.015moL/L～0.675moL/L的硼氫化鈉水溶液，將Se粉加入硼氫化鈉水溶液中攪拌得到透明溶液B；攪拌下將溶液B快速逐滴加入溶液A中攪拌分散均勻后得到黑色混合液C；