本發(fā)明涉及新能源電池，尤其涉及一種銻基復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、能源和環(huán)境一直以來(lái)都是全世界人類最為關(guān)注的兩個(gè)重要問(wèn)題，能源是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展進(jìn)步的最重要的資源，而環(huán)境是人類生存的基本環(huán)境。從目前能源的發(fā)展形式而言，自然界的化石能源依然是主要來(lái)源，而化石能源在使用時(shí)勢(shì)必造成環(huán)境污染等環(huán)境問(wèn)題。因此，對(duì)于可再生能源的開(kāi)發(fā)及儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展就變得尤為重要，其中鋰電池因其具有優(yōu)異的電化學(xué)性能、高能量密度和綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，成為目前儲(chǔ)能技術(shù)的研究重點(diǎn)。

2、目前，鋰離子電池被廣泛應(yīng)用于便攜電子設(shè)備中，隨著動(dòng)力汽車和電子便攜設(shè)備的大規(guī)模開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，地球上有限的鋰資源將可能導(dǎo)致鋰離子電池的成本升高，因此電化學(xué)性能與鋰離子電池性質(zhì)相似的鈉離子二次電池成為最為合適的替代者。鈉離子電池采用能可逆嵌入與脫出鈉離子的單質(zhì)或化合物作為電池的正負(fù)極，且鈉元素易于獲取并具有更高的半電池電位，因此鈉離子電池能夠采用低分解電壓的電解液，其安全性優(yōu)于鋰離子電池。

3、然而由于鈉離子半徑較大，當(dāng)負(fù)極的層間距小于鈉離子的直徑時(shí)，會(huì)導(dǎo)致鈉離子難以嵌入負(fù)極材料從而導(dǎo)致鈉離子的嵌入量非常少，進(jìn)而導(dǎo)致鈉離子電池的比容量較低，由于金屬銻(sb)能夠與鈉離子發(fā)生合金化反應(yīng)，從而提高鈉離子的嵌入量，進(jìn)而提高鈉離子電池的理論比容量。但是，金屬銻在鈉化和去鈉化的過(guò)程中會(huì)發(fā)生劇烈的體積變化，甚至可能導(dǎo)致電極破碎、粉化，使得鈉離子電池的電化學(xué)性能迅速下降，導(dǎo)致嚴(yán)重的容量縮減和循環(huán)穩(wěn)定性下降。因此，亟需提供一種方案改善上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種銻基復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法與應(yīng)用，能夠改善金屬銻在脫嵌鈉離子過(guò)程中產(chǎn)生的巨大體積膨脹導(dǎo)致的容量衰減等性能下降的問(wèn)題，有效提高了銻基負(fù)極材料的電化學(xué)性能。

2、第一方面，本發(fā)明提供的一種銻基復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟：

3、將銻金屬粉末與無(wú)定形碳前驅(qū)體混合球磨后干燥并煅燒制得銻基中間體；

4、對(duì)碳納米管進(jìn)行表面酸化處理制得酸化碳納米管，將所述酸化碳納米管分散在有機(jī)鈉改性溶液攪拌過(guò)濾干燥，制得改性碳納米管；

5、將銻基中間體、聚丙烯酸鈉與改性碳納米管混合分散制得懸濁液后噴霧干燥制得銻基復(fù)合負(fù)極材料。

6、本發(fā)明提供的銻基復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，通過(guò)將銻金屬粉末與無(wú)定形碳前驅(qū)體進(jìn)行球磨后能夠有效降低銻金屬粉末的粒徑尺寸，并且在后續(xù)過(guò)程可以更好地與無(wú)定形碳前驅(qū)體進(jìn)行均勻復(fù)合，能夠有效抑制金屬銻的體積膨脹；

7、同時(shí)對(duì)碳納米管進(jìn)行改性處理后有利于碳納米管之間的相互交聯(lián)，并且還能夠提高對(duì)銻金屬粉末的錨定能力，在碳納米管中加入有機(jī)鈉能夠提高鈉離子電池容量和使用壽命，再利用噴霧干燥技術(shù)處理后有利于改性碳納米管形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，并將銻基中間體鎖定在三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，能夠進(jìn)一步抑制金屬銻的體積膨脹，并且還能夠提高負(fù)極材料整體的導(dǎo)電性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，整體提升銻基復(fù)合負(fù)極材料的電化學(xué)性能；

8、并且有機(jī)態(tài)鈉在負(fù)極材料中能夠形成有機(jī)sei膜，具有更強(qiáng)的延展性，并且剛性更弱，從而在負(fù)極材料使用過(guò)程中sei膜不易破裂，對(duì)負(fù)極材料能夠起到更好的保護(hù)作用，同時(shí)將銻基中間體與改性碳納米管進(jìn)行噴霧干燥，能夠避免破壞銻基中間體表面包覆的碳結(jié)構(gòu)。

9、可選地，將銻金屬粉末與無(wú)定形碳前驅(qū)體混合球磨的過(guò)程中，所述銻金屬粉末與所述無(wú)定形碳前驅(qū)體的質(zhì)量比為0.5-1。

10、可選地，將銻金屬粉末與無(wú)定形碳前驅(qū)體混合球磨的過(guò)程中，球料比為10-20。

11、可選地，將銻金屬粉末與無(wú)定形碳前驅(qū)體混合球磨后干燥并煅燒制得銻基中間體的過(guò)程中，包括：將銻金屬粉末與無(wú)定形碳前驅(qū)體混合球磨后抽濾干燥制得銻基前驅(qū)體；將所述銻基前驅(qū)體在1000-1300℃的惰性氣氛下保溫煅燒2-4h制得銻基中間體。

12、可選地，將銻金屬粉末與無(wú)定形碳前驅(qū)體混合球磨后抽濾干燥制得銻基前驅(qū)體的過(guò)程中，包括：將銻金屬粉末與無(wú)定形碳前驅(qū)體混合球磨后抽濾，將抽濾產(chǎn)物置于50-80℃干燥處理10-14h后制得銻基前驅(qū)體。

13、可選地，將所述銻基中間體與所述改性碳納米管混合分散制得懸濁液時(shí)，所述懸濁液中固液比為0.03-0.06。

14、可選地，將碳納米管進(jìn)行表面酸化處理制得酸化碳納米管的過(guò)程中，包括：將所述碳納米管在硝酸內(nèi)浸泡后抽濾干燥制得酸化碳納米管。

15、可選地，將碳納米管進(jìn)行表面酸化處理制得酸化碳納米管的過(guò)程中，包括：將所述碳納米管在硝酸內(nèi)浸泡20-30h后抽濾，使用去離子水洗滌抽濾產(chǎn)物后在50-80℃干燥10-14h后制得酸化碳納米管。

16、可選地，將所述酸化碳納米管分散在有機(jī)鈉改性溶液攪拌過(guò)濾干燥的過(guò)程中，包括：將所述酸化碳納米管在硅氧烷溶液內(nèi)攪拌過(guò)濾干燥制得活化碳納米管；將所述活化碳納米管分散在有機(jī)鈉改性溶液，在50-60℃下攪拌分散5-6h后抽濾干燥。通過(guò)將酸化碳納米管預(yù)先在硅氧烷溶液進(jìn)行表面活化后，有利于后續(xù)酸化碳納米管與有機(jī)鈉改性溶液之間發(fā)生改性反應(yīng)和對(duì)銻金屬粉末的錨定。

17、可選地，將所述酸化碳納米管在硅氧烷溶液內(nèi)攪拌過(guò)濾時(shí)，所述硅氧烷溶液的溶質(zhì)包括γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的至少一種。

18、可選地，將所述酸化碳納米管分散在有機(jī)鈉改性溶液攪拌過(guò)濾干燥的過(guò)程中，所述有機(jī)鈉改性溶液的溶質(zhì)包括乙二胺四乙酸二鈉鹽、氰尿酸三鈉中的至少一種。

19、第二方面，本發(fā)明還提供上述任一可選制備方法所制備的銻基復(fù)合負(fù)極材料。

20、第三方面，本發(fā)明還提供上述任一可選制備方法所制備的銻基復(fù)合負(fù)極材料在鈉離子電池中的應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種銻基復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，將銻金屬粉末與無(wú)定形碳前驅(qū)體混合球磨后干燥并煅燒制得銻基中間體的過(guò)程中，包括：將銻金屬粉末與無(wú)定形碳前驅(qū)體以質(zhì)量比0.5-1混合球磨后，抽濾干燥制得銻基前驅(qū)體；將所述銻基前驅(qū)體在1000-1300℃的惰性氣氛下保溫煅燒2-4h制得銻基中間體。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，將銻金屬粉末與無(wú)定形碳前驅(qū)體混合球磨后抽濾干燥制得銻基前驅(qū)體的過(guò)程中，包括：將銻金屬粉末與無(wú)定形碳前驅(qū)體以質(zhì)量比0.5-1混合球磨后抽濾，將抽濾產(chǎn)物置于50-80℃干燥處理10-14h后制得銻基前驅(qū)體。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，將碳納米管進(jìn)行表面酸化處理制得酸化碳納米管的過(guò)程中，包括：將所述碳納米管在硝酸內(nèi)浸泡后抽濾干燥制得酸化碳納米管。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，將碳納米管進(jìn)行表面酸化處理制得酸化碳納米管的過(guò)程中，包括：將所述碳納米管在硝酸內(nèi)浸泡20-30h后抽濾，使用去離子水洗滌抽濾產(chǎn)物后在50-80℃干燥10-14h后制得酸化碳納米管。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，將所述酸化碳納米管分散在有機(jī)鈉改性溶液攪拌過(guò)濾干燥的過(guò)程中，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，將所述酸化碳納米管在硅氧烷溶液內(nèi)攪拌過(guò)濾時(shí)，所述硅氧烷溶液的溶質(zhì)包括γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的至少一種。

8.一種如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述制備方法所制備的銻基復(fù)合負(fù)極材料。

9.一種如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述制備方法所制備的銻基復(fù)合負(fù)極材料在鈉離子電池中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種銻基復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法與應(yīng)用，涉及新能源電池技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提供的制備方法包括以下步驟：將銻金屬粉末與無(wú)定形碳混合球磨后干燥并煅燒制得銻基中間體；對(duì)碳納米管表面酸化處理制得酸化碳納米管，將所述酸化碳納米管分散在有機(jī)鈉改性溶液攪拌過(guò)濾干燥，制得改性碳納米管；將所述銻基中間體、聚丙烯酸鈉與所述改性碳納米管混合分散制得懸濁液后噴霧干燥制得銻基復(fù)合負(fù)極材料。本發(fā)明提供的制備方法能夠改善金屬銻在脫嵌鈉離子過(guò)程中產(chǎn)生的巨大體積膨脹導(dǎo)致的容量衰減等性能下降的問(wèn)題，有效提高了銻基負(fù)極材料的電化學(xué)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：岳之浩,施斌斌,金晨鑫,徐國(guó)軍,周浪
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南昌大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10