一種銻基合金材料及其應用
【專利說明】
(一)
技術領域
[0001]本發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極材料的應用。
(二)
【背景技術】
[0002]自人類社會跨入21世紀，環境惡化、能源危機問題日趨嚴重，世界各國正在努力尋找新的綠色替代能源、能量轉換和存儲系統。其中，電池作為一種化學能和電能的存儲和轉化裝置是一個最重要的研究方向。鋰離子電池因其具有電壓高、比能量高、充放電壽命長、無記憶效應、無污染、快速充電、自放電率低、工作溫度范圍寬和安全可靠等優點，已成為現代通訊和便攜式電子產品等的理想化學電源。
[0003]目前商業化的負極材料主要是石墨，其實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，非常接近金屬鋰的沉積電勢，不利于電池的安全性。與商業化的碳極相比，合金負極材料具有理論容量高、快速充放電能力等優點，且加工性能好、導電性好、對環境的敏感性低，能防止溶劑的共插入，因而是一類非常有發展前景的新一代高比能鋰離子電池負極材料，被稱為“第四代鋰離子電池負極材料”。
[0004]由于金屬Sb具有較高的理論容量(約為660mAh/g)，且在嵌脫鋰過程中具有很平坦的電化學平臺，能提供非常穩定的工作電壓，因而是一種有潛力的負極材料。Sb基合金主要形式有 SnSb、InSb、MnSb、Cu2Sb、AgSb、CoSb3、NiSb2、ZnSb 等。
(三)
【發明內容】
[0005]本發明的第一個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穩定性，并且制備低成本、適于工業化生產。
[0006]本發明的第二個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極材料。
[0007]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
[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;在氮氣保護下，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，密閉反應器，以100?600r/min的速度攪拌反應，反應溫度為10?80°C，反應時間為10?120min；
[0010](2)反應完成后，對反應混合物進行過濾，回收濾渣、干燥后得到銻基合金。
[0011]進一步，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，優選為2:1?4:1之間，最優選2:1。
[0013]進一步，步驟(I)所述的三氯化銻的鹽酸溶液的配制過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節溶液中的鹽酸濃度，故三氯化銻的鹽酸溶液中還可能含有氯化鈉和/或氯化鉀，其存在對于本發明的實施沒有影響。優選的，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;更優選的，SbCl3濃度為0.1?0.5mol/L，鹽酸濃度為3?6mol/L ；最優選的，SbCl3濃度為0.lmol/L，鹽酸濃度為3mol/L。
[0014]進一步，步驟(2)中，優選的反應條件為:攪拌速度400?600r/min，反應溫度10-600C，反應時間60-120min ；更優選的反應條件為:攪拌速度400r/min，反應溫度60°C，反應時間60min。
[0015]進一步，所述制備方法由步驟(I)和步驟(2)組成。
[0016]本發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極材料的應用。
[0017]與現有技術相比，本發明的有益效果在于:
[0018]I)將具有較強環境污染和毒害的銻從溶液中去除的同時制備得到具有較高經濟價值的電極材料，實現變廢為寶；
[0019]2)制備成本低、適于工業化生產。
(四)
【附圖說明】
[0020]圖1為實施例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，且呈現多孔性結構特征，為鋰離子脫嵌提供了良好的通道。
(五)
【具體實施方式】
[0021]下面通過具體實施例對本發明進行進一步的說明，但本發明的保護范圍并不僅限于此。
[0022]實施例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，用氫氧化鈉調節鹽酸濃度至lmol/L，氮氣保護下，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)，密閉反應器，以lOOr/min的速度攪拌反應，反應溫度為80°C，反應時間為1min;
[0024](2)反應完成后，對反應混合物進行過濾，回收濾渣干燥后得到銅銻合金粉末。
[0025]用實施例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良的循環穩定性，在0.1C倍率下，0.01-1.8V電壓范圍內的長時間循環50次循環后比容量仍高于278mA.h.g—1C3
[0027]實施例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，用鹽酸調節鹽酸濃度至6mol/L，氮氣保護下，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)，密閉反應器，以600r/min的速度攪拌反應，反應溫度為10°C，反應時間為120min;
[0029](2)反應完成后，對溶液進行過濾，回收濾渣干燥后得到銅銻合金粉末。
[0030]用實施例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