[0025] 以下结合附图对本发明实施方案进一步描述 :以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0026] 本发明实施例中所用的锡锑氧化物来源于上海阿拉丁公司。
[0027] 实施例1
[0028] 一种Sn‑SnSb/碳纳米片复合材料的制备方法,包括以下步骤:
[0029] 1)配置100 mL无水乙醇和水的混合溶液,水和乙醇的体积比为9:1。
[0030] 2)将3g的尿素分散在上述混合溶液中,超声处理至完全溶解后,加入直径约10 nm的锡锑氧化物(其中,Sn:Sb摩尔比约为9/1)粉颗粒0.1g,超声处理20分钟后,加入0.3g的葡萄糖,待葡萄糖完全溶解后,旋转蒸发去除溶剂,再通过真空干燥得前驱体粉末;
[0031] 3)将上述前驱体粉末至入管式炉中,在氩气下以2℃/min的升温速率升至600℃,保温两个小时,再以2℃/min的升温速率升至800℃,保温两个小时后降至室温,得到黑色粉末,即为碳纳米片/Sn‑SnSb复合材料;制备得到的复合材料的碳含量约为23%。
[0032] 4)将烧结后的材料充分研磨后,与炭黑及羧甲基纤维素按照重量比 70∶15∶15 的比例,混合均匀,涂在铜膜后 60 ℃真空干燥 4 h,制备得到复合电极。
[0033] 将复合电极安装在2025电池壳内,以钠片为对电极,以聚乙烯膜为隔膜,以1M NaClO4在EC:EMC:DMC(体积比1/1/1)+5%FEC为电解液组装电池进行恒电流充放电测试。
[0034] 实施例2
[0035] 一种Sn‑SnSb/碳纳米片复合材料的制备方法,包括以下步骤:
[0036] 1)配置150 mL无水乙醇和水的混合溶液,水和乙醇的体积比为10:1。
[0037] 2)将6g的尿素分散在上述混合溶液中,超声溶解完全后,加入直径100 nm的锡锑氧化物(Sn:Sb摩尔比约为9/1)粉颗粒0.15 g,超声20分钟后,再加入0.3 g的蔗糖超声溶解完全,通过旋转蒸发的方式除去溶剂,再经由真空干燥制备得到前驱体粉末;
[0038] 3)将上述前驱体粉末至入管式炉中,在He气下以2℃/min的升温速率升至600℃,保温两个小时,再以2℃/min的升温速率升至800℃,保温两个小时后降至室温,得到黑色粉末,即为碳纳米片/Sn‑SnSb复合材料;制备得到的复合材料的碳含量约为15%。
[0039] 4)将烧结后的材料充分研磨后,与炭黑、羧甲基纤维素按照重量比为70∶15∶15比例混合均匀,涂膜后 60 ℃真空干燥 4 h,制备得到复合电极。
[0040] 将复合电极安装在2025电池壳内,以钠片为对电极,以聚乙烯膜为隔膜,以1M NaClO4在EC:EMC:DMC(体积比1/1/1)+5%FEC为电解液组装电池进行恒电流充放电测试。
[0041] 实施例3
[0042] 一种高度分散Sn‑SnSb/碳纳米片复合材料的制备方法,包括以下步骤:
[0043] 1)配置200 mL无水乙醇和水的混合溶液,水和乙醇的体积比为19:1。
[0044] 2)将6g的氰基胺分散在上述混合溶液中,超声溶解完全后,加入直径30 nm的锡锑氧化物(中,Sn:Sb摩尔比约为9/1)粉颗粒0.1g,超声20分钟后,再加入0.4g的蔗糖超声溶解完全,通过旋转蒸发的方式除去溶剂,再经由真空干燥制备得到前驱体粉末;
[0045] 3)将上述前驱体粉末至入管式炉中,在Ar/H2混合气下以2℃/min的升温速率升至600℃,保温两个小时,再以2℃/min的升温速率升至800℃,保温两个小时后降至室温,得到黑色粉末,即为碳纳米片/Sn‑SnSb复合材料;制备得到的复合材料的碳含量约为30%。
[0046] 4)将烧结后的材料充分研磨后,和炭黑及羧甲基纤维素按照重量比为 70∶15∶15 的比例,混合均匀,涂膜后 60 ℃真空干燥 4 h,制备得到复合电极。
[0047] 将复合电极安装在2025电池壳内,以钠片为对电极,以聚乙烯膜为隔膜,以1M NaClO4在EC:EMC:DMC(体积比1/1/1)+5%FEC为电解液组装电池进行恒电流充放电测试。
[0048] 实施例4
[0049] 一种高度分散Sn‑SnSb/碳纳米片复合材料的制备方法,包括以下步骤:
[0050] 1)配置200 mL无水乙醇和水的混合溶液,水和乙醇的体积比为19:1。
[0051] 2)将6g的氰基胺分散在上述混合溶液中,超声溶解完全后,加入直径30 nm的锡锑氧化物(Sn:Sb摩尔比约为5/1)粉颗粒0.4 g,超声20分钟后,再加入0.4g的葡萄糖超声溶解完全,通过旋转蒸发的方式除去溶剂,再经由真空干燥制备得到前驱体粉末;
[0052] 3)将上述前驱体粉末至入管式炉中,在Ar/H2混合气下以2℃/min的升温速率升至600℃,保温两个小时,再以2℃/min的升温速率升至800℃,保温两个小时后降至室温,得到黑色粉末,即为碳纳米片/Sn‑SnSb复合材料;制备得到的复合材料的碳含量约为21%。
[0053] 4)将烧结后的材料充分研磨后,和炭黑及羧甲基纤维素按照重量比为 70∶15∶15 的比例,混合均匀,涂膜后 60℃真空干燥 4 h,制备得到复合电极。
[0054] 将复合电极安装在2025电池壳内,以钠片为对电极,以聚乙烯膜为隔膜,以1M NaClO4在EC:EMC:DMC(体积比1/1/1)+5%FEC为电解液组装电池进行恒电流充放电测试。
[0055] 实施例5
[0056] 一种高度分散Sn‑SnSb/碳纳米片复合材料的制备方法,包括以下步骤:
[0057] 1)配置200 mL无水乙醇和水的混合溶液,水和乙醇的体积比为10:1。
[0058] 2)将6g的氰基胺分散在上述混合溶液中,超声溶解完全后,加入直径30 nm的锡锑氧化物(其中,Sn:Sb摩尔比约为1.5/1)粉颗粒0.1 g,超声20分钟后,再加入0.6 g的葡萄糖超声溶解完全,通过旋转蒸发的方式除去溶剂,再经由真空干燥制备得到前驱体粉末;
[0059] 3)将上述前驱体粉末至入管式炉中,在Ar气下以2℃/min的升温速率升至600℃,保温两个小时,再以2℃/min的升温速率升至800℃,保温两个小时后降至室温,得到黑色粉末,即为碳纳米片/Sn‑SnSb复合材料;制备得到的复合材料的碳含量约为55%。
[0060] 4)将烧结后的材料充分研磨后,和炭黑及羧甲基纤维素按照重量比 70∶15∶15 的比例,混合均匀,涂膜后 60 ℃真空干燥 4 h,制备得到复合电极。
[0061] 将复合电极安装在2025电池壳内,以钠片为对电极,以聚乙烯膜为隔膜,以1M NaClO4在EC:EMC:DMC(体积比1/1/1)+5%FEC为电解液组装电池进行恒电流充放电测试。
[0062] 性能检测
[0063] 下面通过物相测试对复合材料的形貌结构以及通过循环性能测试对本发明制备的复合材料的电化学性能进行测试和表征。
[0064] 1、XRD与XPS分析
[0065] 图1为实施例1‑3样品的XRD图。
[0066] 实施例1‑3样品中原料锡锑氧化物中Sn:Sb比例均约为9/1。从图1的XRD中可以看出其原料均和Sn0.918Sb0.109O标准图谱相一致。在不添加锡锑氧化物的碳片的XRD上,可以看到在大约25°左右有一个很宽的馒头峰,这是无定形碳的结构类型。通过实施例的方案实施后,可以看出所制备的样品中均呈现Sn和Sn‑Sb合金混合晶相的峰,同时在25°左右存在馒头峰的形状。
[0067] 图2为实施例1的XPS图谱。图谱上可以看出,最后制备复合样品主要含C、N、Sn、Sb、O五种元素,原子比例分别为70%、16%、2%、1%、11%。在不添加锡锑氧化物所制备的碳片对比样中主要含C、N、O三元素,其中,碳所占原子比为80%,氮原子占17%,氧原子占3%。氮元素的掺杂能更高程度的改善复合材料的电导率,从而降低电极材料在大倍率下的极化。
[0068] 2、TEM分析
[0069] 图3为本发明实施例1所制备样品的TEM照片。从其TEM照片,可以看出Sn‑SnSb复合纳米颗粒的尺寸范围为5‑10 nm,且呈现球形状。复合纳米颗粒均匀的分散在碳纳米片的表面,呈现高度分散复合的特性。从其晶格间距可以测出其含有Sn以及Sn‑Sb复合两种晶相,证明两种物质是同时存在的。
[0070] 3、循环性能测试
[0071] 图4‑5为实施例1‑3的样品制备得到的复合负极材料在2A·g‑1和5A·g‑1的充放电电流密度下的循环性能测试曲线。图上可以看出即使在很高的充放电电流密度下,所制备的电极仍能保持较高的可逆比容量,且均循环300次左右基本无衰减。
[0072] 4、采用上述方法,对实施例4‑5所得材料进行检测,其形貌结构和性能结果与实施例1‑3基本相同。
[0073] 综上所述,本发明制备的高性能高度分散的Sn‑SnSb/碳纳米片复合材料,锡锑氧化物粉末颗粒材料呈现高度分散复合特性,这能极大降低锡锑氧化物粉末颗粒在反复充放电循环过程中的团聚现象,从而极大降低极化,极大改善材料的电化学性能。此外,Sn‑SnSb特殊复合的方式及含量对电池性能亦有重要影响。