[發明專利]一種鉀離子電池負極用銻烯/石墨烯復合材料及制備方法

有效

• 申請號: 202010579077.4
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111668471B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 張存良;柳彥梅;黃金良;黃傳雪;陳正原;魏偉;瞿鵬
• 申請（專利權）人: 商丘師范學院;商丘醫學高等專科學校
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M10/054
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 王紅培

本發明提供了一種鉀離子電池負極用銻烯/石墨烯復合材料及制備方法，復合材料中二維銻烯具有超薄的片層結構，銻烯厚度為3?5 nm，與石墨烯復合，呈面包狀，疏松多孔。制備方法，步驟如下：（1）將金屬銻置于研缽中預磨，再濕磨，轉移離心管中加入溶劑，冰水浴中超聲、離心，收集上清液；（2）將步驟（1）得到的上清液與氧化石墨烯混合，超聲分散均勻，進行真空過濾抽膜；（3）將抽濾所得薄膜放入反應釜內襯中，然后加入還原劑反應，得到銻烯/石墨烯復合材料。得到的復合材料有利于電解液的充放浸潤，利用銻烯和類石墨烯材料超薄的厚度、較大的比表面積和優良的柔韌性，緩解金屬銻在充放電過程中的體積膨脹，提高了材料的電化學性能。

技術領域

本發明涉及鉀離子電池負極材料，具體涉及一種鉀離子電池負極用銻烯/石墨烯復合材料及制備方法。

背景技術

隨著鋰離子電池逐漸應用于大規模電化學儲能裝置中，鋰資源的需求量將會逐漸增加，而地殼中鋰元素含量較低（僅0.006%）且分布不均（全球鋰儲量76%以上集中分布在南美洲），無疑會造成鋰離子電池成本上漲。因此，迫切需要開發一種新型的能量密度高、成本低廉、使用壽命長、安全性能好的大規模儲能器件，鉀離子電池逐漸成為儲能領域的發展方向。合金型的電極因具有合適的電位和較高的理論比容量日益引起研究人員的重視，尤其是銻（Sb），它具有660 mA h g^-1的高比容量。然而在鉀離子脫嵌過程中，銻具有約400%的體積變化，導致活性物質粉化，失去電接觸，容量衰減迅速，循環性能很差。

銻烯具有褶皺的片層結構，較高的電導率（1.6*10⁴ S m^-1），較好的熱力學穩定性，較大的層間通道（3.73 ?），快速的離子擴散特性，這些優異的性能決定著銻烯在儲能領域有著巨大的應用潛力，同時，迄今報道的具有較好儲鉀性能的制備方法普遍存在著工藝復雜，難以規模化制備等問題，因此，有必要開發一種工藝簡單的銻基納米材料用于鉀離子電池的負極材料。

發明內容

本發明提出了一種鉀離子電池負極用銻烯/石墨烯復合材料及制備方法，二維銻烯具有超薄的片層結構，與石墨烯復合，銻烯與石墨烯層層疊加，宏觀上呈面包狀，能夠有效緩解金屬銻在充放電過程中的體積變化，增大活性材料與電解液的接觸面積，循環性能得到了顯著提升。

實現本發明的技術方案是：

一種鉀離子電池負極用銻烯/石墨烯復合材料的制備方法，步驟如下：

（1）將金屬銻置于研缽中預磨，再數次滴加溶劑，保持濕磨，轉移離心管中加入溶劑，在冰水浴中超聲，然后離心，收集上清液，即為銻烯溶液；

（2）將步驟（1）得到的上清液（銻烯溶液）與氧化石墨烯混合，超聲分散均勻，然后進行真空過濾抽膜；

（3）將抽濾所得薄膜放入反應釜內襯中，然后加入還原劑反應，得到銻烯/石墨烯復合材料。

所述步驟（1）中預磨10 min，再數次滴加數滴溶劑，保持濕磨1 h，轉移至50 mL離心管中，加入溶劑，在冰水浴中超聲40-160 min，然后在1000-6000 rpm下離心，收集上清液。

所述步驟（1）中以1g金屬銻為基準，轉移到離心管中加入30 mL溶劑，步驟（2）中上清液中銻烯與氧化石墨烯的質量比為（2-5）：1。

所述步驟（1）溶劑為水、乙醇、丙酮、異丙醇、仲丁醇、正己烷、乙二醇、乙酸乙酯、二甲基亞砜、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、四氫呋喃的一種或幾種以上的混合物。

所述步驟（3）中還原劑為水合肼、硼氫化鈉、乙二醇、甲醛、抗壞血酸、葡萄糖的一種或幾種以上的混合物。

所述步驟（3）中薄膜與還原劑的質量比為1：（1-4），反應溫度為（80-150）℃，反應時間為8-18h。