[發明專利]聚離子液體負載高分散納米銻基鉀離子電池負極材料及制備方法

在審

• 申請號: 202010601325.0
• 申請日: 2020-06-29
• 公開（公告）號: CN111682191A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 張永亞;張存良;柳彥梅;陳正原;黃傳雪;胡新成;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: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/62;H01M10/054;B82Y30/00
• 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

本發明提供了一種聚離子液體負載高分散納米銻基鉀離子電池負極材料及制備方法，所述負極材料中銻納米顆粒均勻分散在聚離子液體網絡結構中，聚離子液體由小分子離子液體交聯聚合得到，銻納米顆粒由氯化銻還原得到，銻納米顆粒的粒徑為5~10nm。本發明采用乙烯基功能化咪唑鎓離子液體、二乙烯苯、三氯化銻、偶氮二異丁腈為原料，采用無水乙醇為溶劑，硼氫化鈉為還原劑，用自由基引發聚合法并還原制備了聚離子液體負載高分散納米銻基鉀離子電池負極材料。

技術領域

本發明涉及無機儲能材料技術領域，具體涉及一種聚離子液體負載高分散納米銻基鉀離子電池負極材料及制備方法。

背景技術

鋰離子電池被廣泛應用于便攜式設備、新能源汽車、大規模儲能等，然而這將超出鋰資源的開采限度，而鉀元素地殼豐度遠大于鋰且電化學電勢低，使得鉀離子電池在儲能領域具有廣闊的發展前景。銻是鉀離子電池重要的負極材料，然而由于鉀離子較大的半徑導致銻在充放電過程中體積變化大（約400%），容量衰減快，限制了其在鉀離子電池中的應用。

目前制備的銻基鉀離子電池負極材料存在活性材料顆粒較大，充放電過程中易粉化的問題，同時銻在復合材料中的分散性較差，不能充分利用材料的理論比容量。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，有必要開發工藝簡單的高分散銻基納米材料用于鉀離子電池的負極材料。

發明內容

本發明提出了一種聚離子液體負載高分散納米銻基鉀離子電池負極材料及制備方法，銻納米顆粒均勻分散于聚離子液體內部，該負極材料應用于鉀離子電池循環性能得到了改善。

實現本發明的技術方案是：

一種聚離子液體負載高分散納米銻基鉀離子電池負極材料，所述負極材料中銻納米顆粒均勻分散在聚離子液體網絡結構中，聚離子液體由小分子離子液體交聯聚合得到，銻納米顆粒由氯化銻還原得到，銻納米顆粒的粒徑為5~10nm。

所述小分子離子液體為咪唑鎓離子液體。

所述的聚離子液體負載高分散納米銻基鉀離子電池負極材料的制備方法，步驟如下：

（1）將咪唑鎓離子液體、交聯劑、三氯化銻溶解于無水乙醇中，充分攪拌混勻一段時間，得到混合液；

（2）然后向步驟（1）的混合液中加入引發劑，油浴加熱并攪拌，自由基引發聚合反應得到塊狀固體材料；

（3）將硼氫化鈉溶液滴入步驟（2）的塊狀固體材料中，常溫攪拌反應，還原得到黑色固體粉末材料；

（4）將所得黑色固體粉末材料用去離子水浸泡洗滌后在真空箱中干燥，研磨均勻，得到聚離子液體負載高分散納米銻基負極材料。

所述步驟（1）中咪唑鎓離子液體的陽離子為含乙烯基功能基團的咪唑鎓類，陰離子為鹵素陰離子、羧酸根、硝酸根或硫酸根的至少一種。

所述陽離子的3-取代基為甲基、乙基、丁基、己基、辛基、羥乙基、二羥丙基、含羥基或醚鍵的長鏈取代基中的至少一種。

所述步驟（1）中交聯劑為二乙烯苯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、雙乙烯基咪唑鎓離子液體中的至少一種，步驟（2）中引發劑為偶氮二異丁腈。

所述咪唑鎓離子液體、交聯劑、三氯化銻和引發劑的質量比為（1~3）:（0.5~3）：3：1。

所述步驟（1）中無水乙醇的加入量占混合溶液總質量的60~80 %，攪拌混勻的時間為1~5 h。

所述步驟（2）中油浴溫度為65~100 ℃，加熱攪拌時間為5~15h；步驟（3）中還原反應溫度為20~30 ℃，常溫攪拌反應時間為3~5 h；步驟（4）中真空干燥溫度為60~90 ℃，干燥時間為5~10h。

本發明的有益效果是：