一種銻基合金材料及其應(yīng)用
【專利說(shuō)明】
(一)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種銻基合金材料及其作為鋰離子或鈉離子電池負(fù)極材料的應(yīng)用。
(二)
【背景技術(shù)】
[0002]自人類社會(huì)跨入21世紀(jì)，環(huán)境惡化、能源危機(jī)問(wèn)題日趨嚴(yán)重，世界各國(guó)正在努力尋找新的綠色替代能源、能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)系統(tǒng)。其中，電池作為一種化學(xué)能和電能的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化裝置是一個(gè)最重要的研究方向。鋰離子電池因其具有電壓高、比能量高、充放電壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶效應(yīng)、無(wú)污染、快速充電、自放電率低、工作溫度范圍寬和安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)代通訊和便攜式電子產(chǎn)品等的理想化學(xué)電源。
[0003]目前商業(yè)化的負(fù)極材料主要是石墨，其實(shí)際容量已接近理論值(372mAh/g)，但不能滿足高性能高容量鋰離子電池，特別是高能量密度薄膜鋰離子微電池的要求。另一方面，石墨類碳材料的嵌鋰電位主要集中在100.0mV(vs.Li/Li+)范圍內(nèi)，非常接近金屬鋰的沉積電勢(shì)，不利于電池的安全性。與商業(yè)化的碳極相比，合金負(fù)極材料具有理論容量高、快速充放電能力等優(yōu)點(diǎn)，且加工性能好、導(dǎo)電性好、對(duì)環(huán)境的敏感性低，能防止溶劑的共插入，因而是一類非常有發(fā)展前景的新一代高比能鋰離子電池負(fù)極材料，被稱為“第四代鋰離子電池負(fù)極材料”。
[0004]由于金屬Sb具有較高的理論容量(約為660mAh/g)，且在嵌脫鋰過(guò)程中具有很平坦的電化學(xué)平臺(tái)，能提供非常穩(wěn)定的工作電壓，因而是一種有潛力的負(fù)極材料。Sb基合金主要形式有 SnSb、InSb、MnSb、Cu2Sb、AgSb、CoSb3、NiSb2、ZnSb 等。
(三)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種銻基合金材料，其具有良好倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性，并且制備低成本、適于工業(yè)化生產(chǎn)。
[0006]本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供所述銻基合金材料用作鋰離子或鈉離子電池負(fù)極材料。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]—種銻基合金材料，其制備方法包括以下步驟:
[0009](I)配制三氯化銻的鹽酸溶液，其中SbCl3濃度為0.01?0.5mol/L、鹽酸濃度為I?6mol/L;在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，往三氯化銻的鹽酸溶液中加入尺寸不大于ΙΟΟμπι的活性金屬粉末，密閉反應(yīng)器，以100?600r/min的速度攪拌反應(yīng)，反應(yīng)溫度為10?80°C，反應(yīng)時(shí)間為10?120min；
[0010](2)反應(yīng)完成后，對(duì)反應(yīng)混合物進(jìn)行過(guò)濾，回收濾渣、干燥后得到銻基合金。
[0011]進(jìn)一步，所述活性金屬為銅、錫、鈷、鋅中的任意一種或兩種以上的組合。
[0012]進(jìn)一步，所述活性金屬粉末與溶液中銻的摩爾比在1:1?4:1之間，優(yōu)選為2:1?4:1之間，最優(yōu)選2:1。
[0013]進(jìn)一步，步驟(I)所述的三氯化銻的鹽酸溶液的配制過(guò)程一般是先將三氯化銻溶于鹽酸溶液中，然后用鹽酸或者氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液中的鹽酸濃度，故三氯化銻的鹽酸溶液中還可能含有氯化鈉和/或氯化鉀，其存在對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施沒有影響。優(yōu)選的，所述三氯化銻的鹽酸溶液中，SbCl3濃度為0.0l?0.5mol/L，鹽酸濃度為I?6mol/L;更優(yōu)選的，SbCl3濃度為0.1?0.5mol/L，鹽酸濃度為3?6mol/L ；最優(yōu)選的，SbCl3濃度為0.lmol/L，鹽酸濃度為3mol/L。
[0014]進(jìn)一步，步驟(2)中，優(yōu)選的反應(yīng)條件為:攪拌速度400?600r/min，反應(yīng)溫度10-600C，反應(yīng)時(shí)間60-120min ；更優(yōu)選的反應(yīng)條件為:攪拌速度400r/min，反應(yīng)溫度60°C，反應(yīng)時(shí)間60min。
[0015]進(jìn)一步，所述制備方法由步驟(I)和步驟(2)組成。
[0016]本發(fā)明還提供了所述的銻基合金材料作為鋰離子或鈉離子電池負(fù)極材料的應(yīng)用。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0018]I)將具有較強(qiáng)環(huán)境污染和毒害的銻從溶液中去除的同時(shí)制備得到具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的電極材料，實(shí)現(xiàn)變廢為寶；
[0019]2)制備成本低、適于工業(yè)化生產(chǎn)。
(四)
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為實(shí)施例3制得的銅銻合金粉末的SEM圖片，圖片顯示該銅銻合金粉末具有較高的粗糙度，且呈現(xiàn)多孔性結(jié)構(gòu)特征，為鋰離子脫嵌提供了良好的通道。
(五)
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于此。
[0022]實(shí)施例1
[0023](I)將0.228g三氯化銻溶解于10mL濃度為3mol/L的鹽酸中，得到SbCl3濃度為
0.01mol/L的溶液，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)鹽酸濃度至lmol/L，氮?dú)獗Ｗo(hù)下，加入0.64g直徑為100μm的銅粉(銅粉與溶液中銻的摩爾比為1:1)，密閉反應(yīng)器，以lOOr/min的速度攪拌反應(yīng)，反應(yīng)溫度為80°C，反應(yīng)時(shí)間為1min;
[0024](2)反應(yīng)完成后，對(duì)反應(yīng)混合物進(jìn)行過(guò)濾，回收濾渣干燥后得到銅銻合金粉末。
[0025]用實(shí)施例1所得的銅銻合金粉末按下述方法制成電極。
[0026]以70:20:10的質(zhì)量比分別稱取銅銻合金粉末:乙炔黑:聚四氟乙烯，研磨均勻后涂覆在銅箔上制成電極，采用金屬鋰片為正極，電解液為lmol/L LiPF6/EC-DMC(體積比為1:1)，聚丙烯微孔薄膜(Celgard 2300)為隔膜，組裝成鋰離子半電池。該銅銻合金電極材料具有優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性，在0.1C倍率下，0.01-1.8V電壓范圍內(nèi)的長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)50次循環(huán)后比容量仍高于278mA.h.g—1C3
[0027]實(shí)施例2
[0028](I)將11.4g三氯化銻溶解于10mL濃度為3mol/L的鹽酸中，得到SbCl3濃度為
0.5mol/L的溶液，用鹽酸調(diào)節(jié)鹽酸濃度至6mol/L，氮?dú)獗Ｗo(hù)下，加入2.56g直徑為74μηι的銅粉(銅粉與溶液中銻的摩爾比為4:1)，密閉反應(yīng)器，以600r/min的速度攪拌反應(yīng)，反應(yīng)溫度為10°C，反應(yīng)時(shí)間為120min;
[0029](2)反應(yīng)完成后，對(duì)溶液進(jìn)行過(guò)濾，回收濾渣干燥后得到銅銻合金粉末。
[0030]用實(shí)施例2所得的銅銻合金粉末按下述方法制成電極。
[0031 ]以70:20:10的質(zhì)量比分別稱取銅銻合金粉末:乙炔黑:聚四氟乙烯，研磨均勻后涂覆在銅箔上制成電極，采用金屬鋰片為正極，電解液為lmol/L LiPF6/EC-DMC(體積比