[發明專利]一種具有高穩定性結構的碲化鉍銻/石墨烯鉀離子電池負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110425653.4
• 申請日: 2021-04-20
• 公開（公告）號: CN113130908B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 張龍海;張雙桂;張朝峰;王睿;許玉玲;李浩;馬全偉;陳琪;劉阿雪
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/58;H01M10/054
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 盧敏

本發明公開了一種具有高穩定性結構的碲化鉍銻/石墨烯鉀離子電池負極材料及其制備方法，是通過一步水熱法制得，該材料具有三明治層狀堆疊結構，是在石墨烯層間修飾有Bi_0.4Sb_1.6Te₃納米顆粒。本發明的制備方法簡單快捷，所得產物表現出優異的鉀離子存儲比容量、大電流充放電性能以及循環穩定性能。

技術領域

本發明涉及一種具有高穩定性結構的碲化鉍銻/石墨烯復合材料的制備方法及其作為鉀離子電池負極材料的應用，屬于碳基納米材料領域。

背景技術

鋰資源的日益萎縮和價格增長，已嚴重制約能源市場的可持續發展，因此，亟需一種新型儲能系統作為替代。鉀離子電池(PIBs)以其更豐富的儲量、低廉的價格以及與鋰相近的理化性質和標準電勢備受青睞，然而，K⁺過大的尺寸卻極易導致電極動力學遲緩和體積膨脹加劇，造成PIBs壽命和倍率性過差，難以滿足市場要求。因此，開發高動力學和穩定特性的新型PIBs電極成為了當前研究的熱點。Bi_0.4Sb_1.6Te₃作為一種原子級二維層狀類石墨烯結構材料，相比于傳統過渡金屬基電極，其儲鉀比容量更高(～385/666mAhg^–1基于合金化反應K₃Bi和K₃Sb)、晶面間距更大、價格更低廉且無毒性。不僅如此，其較高的充放電平臺可以避免K枝晶形成，相比于傳統石墨電極又更具安全性，作為鉀離子電池負極材料實用性更高。但是，Bi_0.4Sb_1.6Te₃作為PIBs負極依然受限于體積膨脹、可溶性中間體穿梭以及大尺寸K⁺所帶來的動力學和穩定性難題。因此，通過材料的進一步改性提高Bi_0.4Sb_1.6Te₃負極材料的穩定性和動力學性能，實現高性能鉀離子電池具有重要意義。

發明內容

本發明旨在提供一種制備方法簡單、結構新穎且具有高穩定性結構的碲化鉍銻/石墨烯鉀離子電池負極材料及其制備方法，以提高鉀離子電池的穩定性和動力學性能。

本發明為解決技術問題，采用如下技術方案：

本發明公開了一種具有高穩定性結構的碲化鉍銻/石墨烯鉀離子電池負極材料，其具有三明治層狀結構，是在石墨烯層間修飾有Bi_0.4Sb_1.6Te₃納米顆粒。

本發明所述具有高穩定性結構的碲化鉍銻/石墨烯鉀離子電池負極材料的制備方法，步驟如下：

步驟1、將氧化石墨烯分散液超聲分散均勻，然后加入BiCl₃的硝酸溶液、SbCl₃及酒石酸并攪拌至溶解，再加入Na₂TeO₃、氨水和水合肼并繼續攪拌2～5h，獲得混合反應液；

步驟2、將步驟1所得混合反應液倒入反應釜中，180℃反應5～7h，然后離心收集反應沉淀物，再經洗滌、真空干燥，即獲得碲化鉍銻/石墨烯鉀離子電池負極材料。

作為優選，步驟1中，氧化石墨烯、BiCl₃、SbCl₃、酒石酸、Na₂TeO₃、氨水和水合肼的用量比為7.5～12.5mg：5～7mg：17～19mg：0.3～0.5g：31～34mg：17～22mL：8～10mL。

作為優選，步驟1中，所述氧化石墨烯分散液的濃度為1.5～2.5mg mL^–1。

作為優選，步驟1中，所述BiCl₃的硝酸溶液是按如下方法獲得：稱取5～6.5mg的BiCl₃溶解于40～50μL質量分數為68％的濃HNO₃中。