一种锑基负极材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及电池负极材料领域，具体为一种锑基负极材料及其制备方法。

背景技术

近年来，电动汽车、无人机及智能电网等大型电力设施发展迅速，前所未有的电能消耗影响着锂离子电池的发展前景，因而高容量的锂离子电池成为电力设施行业的刚需，在锂离子电池中，良好的负极材料应该具备高能量密度、长寿命等特点。

目前，在电池领域已有将磷酸锑作为负极材料的研究，但磷酸锑材料本身导电性较差，同时在充放电循环过程中容易发生体积膨胀，限制了其应用。

发明内容

发明目的：针对上述技术问题，本发明提出了一种锑基负极材料及其制备方法。

所采用的技术方案如下：

一种锑基负极材料：包括磷酸锑，所述磷酸锑为六棱柱状。

进一步地，所述磷酸锑的制备方法如下：

将水溶性锑盐和三聚磷酸盐分别溶于多元醇类溶剂中，得到溶液A和溶液B，将所述溶液A和溶液B混合均匀，向得到的混合溶液中加入稀盐酸使pH至4-5，再转移至放入反应釜中进行溶剂热反应，对反应产物进行洗涤，干燥即可。

进一步地，所述水溶性锑盐为氯化锑、硝酸锑或可溶性有机锑盐中的任意一种或多种组合。

进一步地，所述三聚磷酸盐为三聚磷酸钠和/或三聚磷酸钾。

进一步地，溶剂热反应的温度为130-150℃。

进一步地，溶剂热反应的时间为24-36h。

进一步地，还包括氮掺杂碳。

进一步地，所述氮掺杂碳包覆于所述磷酸锑的外表面。

本发明还提供了一种锑基负极材料的制备方法：

先通过聚合反应在磷酸锑的外表面生成前驱体，随后在惰性气体保护下加热至350-800℃碳化1-5h即可。

进一步地，所述前驱体为聚吡咯。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种锑基负极材料，通过三聚磷酸盐的水解及反应条件的控制，实现了对所生成磷酸锑的形貌控制得到了六棱柱状磷酸锑，其特殊的微观结构缩短了锂离子/电子的传输距离，提高了反应动力学，较大的比表面积则提供了丰富的电化学活性位点，提高储锂容量，包覆于磷酸锑外表面的氮掺杂碳层，可以进一步提高锑基负极材料的导电性，同时能有效防止磷酸锑的膨胀碎裂，还能为电解液提供必要的传输路径，基于以上因素协同作用，本发明所制备的锑基负极材料所组装的锂电池具有良好的电化学性能，且循环稳定性良好。

附图说明

图1为实施例1中所制备锑基负极材料的SEM图，可以清晰观察到六棱柱状结构，图中团聚颗粒可能是因为聚吡咯未均匀包覆，导致碳化时生成的氮掺杂碳团聚而产生的。

具体实施方式

实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。本发明未提及的技术均参照现有技术，除非特别指出，以下实施例和对比例为平行试验，采用同样的处理步骤和参数。

实施例1：

本实施例提供了一种锑基负极材料，具体为表面包覆有氮掺杂碳的六棱柱状磷酸锑；

制备方法如下：

将6.84g氯化锑和3.68g三聚磷酸钠分别溶于50ml乙二醇中，得到溶液A和溶液B，将溶液A和溶液B混合，搅拌30min使混均，向得到的混合溶液中滴加0.1M稀盐酸至体系pH为4，再转移至反应釜中密封升温至150℃反应32h，反应结束后将沉淀滤出用乙醇洗涤后干燥得到磷酸锑，将0.2g十二烷基硫酸钠、0.35g聚乙二醇6000、0.1g聚乙烯吡咯烷酮、0.15g乙醇、0.07g丁醇、2.5g吡咯单体和90ml三氯甲烷混匀后再将5g磷酸锑加入，超声振荡30min后加入5g过氧化苯甲酰，滴加40％过氧乙酸量使体系pH为2，室温反应5h后，滤出沉淀，用三氯甲烷洗涤后干燥，随后转移至马弗炉中在氩气保护下升温至550℃碳化3h即可。

将上述制备得到的锑基负极材料∶乙炔黑∶PVDF按重量比8：1：1称取物料进行混合，混合均匀后，滴加适量N-甲基吡咯烷酮(NMP)制备带有一定粘度的浆料，将浆料均匀涂布在铝箔上，干燥，然后切成12mm的圆片作为原型集流体，在手套箱氩气保护下，将原型集流体放入2032型纽扣电池壳中作为负极，以金属锂作为对电极，Celgard型聚乙烯膜作为隔膜，以1mol/L的LiPF

实施例2：

本实施例提供了一种锑基负极材料，具体为表面包覆有氮掺杂碳的六棱柱状磷酸锑；

制备方法如下：

将6.84g氯化锑和3.68g三聚磷酸钠分别溶于50ml乙二醇中，得到溶液A和溶液B，将溶液A和溶液B混合，搅拌30min使混均，向得到的混合溶液中滴加0.1M稀盐酸至体系pH为4，再转移至反应釜中密封升温至150℃反应36h，反应结束后将沉淀滤出用乙醇洗涤后干燥得到磷酸锑，将0.2g十二烷基硫酸钠、0.35g聚乙二醇6000、0.1g聚乙烯吡咯烷酮、0.15g乙醇、0.07g丁醇、2.5g吡咯单体和90ml三氯甲烷混匀后再将5g磷酸锑加入，超声振荡30min后加入5g过氧化苯甲酰，滴加40％过氧乙酸量使体系pH为2，室温反应5h后，滤出沉淀，用三氯甲烷洗涤后干燥，随后转移至马弗炉中在氩气保护下升温至800℃碳化5h即可。

将上述制备得到的锑基负极材料∶乙炔黑∶PVDF按重量比8：1：1称取物料进行混合，混合均匀后，滴加适量N-甲基吡咯烷酮(NMP)制备带有一定粘度的浆料，将浆料均匀涂布在铝箔上，干燥，然后切成12mm的圆片作为原型集流体，在手套箱氩气保护下，将原型集流体放入2032型纽扣电池壳中作为负极，以金属锂作为对电极，Celgard型聚乙烯膜作为隔膜，以1mol/L的LiPF

实施例3：

本实施例提供了一种锑基负极材料，具体为表面包覆有氮掺杂碳的六棱柱状磷酸锑；

制备方法如下：

将6.84g氯化锑和3.68g三聚磷酸钠分别溶于50ml乙二醇中，得到溶液A和溶液B，将溶液A和溶液B混合，搅拌30min使混均，向得到的混合溶液中滴加0.1M稀盐酸至体系pH为4，再转移至反应釜中密封升温至130℃反应24h，反应结束后将沉淀滤出用乙醇洗涤后干燥得到磷酸锑，将0.2g十二烷基硫酸钠、0.35g聚乙二醇6000、0.1g聚乙烯吡咯烷酮、0.15g乙醇、0.07g丁醇、2.5g吡咯单体和90ml三氯甲烷混匀后再将5g磷酸锑加入，超声振荡30min后加入5g过氧化苯甲酰，滴加40％过氧乙酸量使体系pH为2，室温反应5h后，滤出沉淀，用三氯甲烷洗涤后干燥，随后转移至马弗炉中在氩气保护下升温至450℃碳化3h即可。

将上述制备得到的锑基负极材料∶乙炔黑∶PVDF按重量比8：1：1称取物料进行混合，混合均匀后，滴加适量N-甲基吡咯烷酮(NMP)制备带有一定粘度的浆料，将浆料均匀涂布在铝箔上，干燥，然后切成12mm的圆片作为原型集流体，在手套箱氩气保护下，将原型集流体放入2032型纽扣电池壳中作为负极，以金属锂作为对电极，Celgard型聚乙烯膜作为隔膜，以1mol/L的LiPF

实施例4：

本实施例提供了一种锑基负极材料，具体为表面包覆有氮掺杂碳的六棱柱状磷酸锑；

制备方法如下：

将6.84g氯化锑和3.68g三聚磷酸钠分别溶于50ml乙二醇中，得到溶液A和溶液B，将溶液A和溶液B混合，搅拌30min使混均，向得到的混合溶液中滴加0.1M稀盐酸至体系pH为4，再转移至反应釜中密封升温至150℃反应24h，反应结束后将沉淀滤出用乙醇洗涤后干燥得到磷酸锑，将0.2g十二烷基硫酸钠、0.35g聚乙二醇6000、0.1g聚乙烯吡咯烷酮、0.15g乙醇、0.07g丁醇、2.5g吡咯单体和90ml三氯甲烷混匀后再将5g磷酸锑加入，超声振荡30min后加入5g过氧化苯甲酰，滴加40％过氧乙酸量使体系pH为2，室温反应5h后，滤出沉淀，用三氯甲烷洗涤后干燥，随后转移至马弗炉中在氩气保护下升温至650℃碳化5h即可。

将上述制备得到的锑基负极材料∶乙炔黑∶PVDF按重量比8：1：1称取物料进行混合，混合均匀后，滴加适量N-甲基吡咯烷酮(NMP)制备带有一定粘度的浆料，将浆料均匀涂布在铝箔上，干燥，然后切成12mm的圆片作为原型集流体，在手套箱氩气保护下，将原型集流体放入2032型纽扣电池壳中作为负极，以金属锂作为对电极，Celgard型聚乙烯膜作为隔膜，以1mol/L的LiPF

对比例1：

与实施例1基本相同，区别在于，直接使用磷酸锑作为负极材料，不经过氮掺杂碳包覆；

制备方法如下：

将6.84g氯化锑和3.68g三聚磷酸钠分别溶于50ml乙二醇中，得到溶液A和溶液B，将溶液A和溶液B混合，搅拌30min使混均，向得到的混合溶液中滴加0.1M稀盐酸至体系pH为4，再转移至反应釜中密封升温至150℃反应32h，反应结束后将沉淀滤出用乙醇洗涤后干燥得到磷酸锑。

将上述制备得到的锑基负极材料∶乙炔黑∶PVDF按重量比8：1：1称取物料进行混合，混合均匀后，滴加适量N-甲基吡咯烷酮(NMP)制备带有一定粘度的浆料，将浆料均匀涂布在铝箔上，干燥，然后切成12mm的圆片作为原型集流体，在手套箱氩气保护下，将原型集流体放入2032型纽扣电池壳中作为负极，以金属锂作为对电极，Celgard型聚乙烯膜作为隔膜，以1mol/L的LiPF

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。