一种负载型氧化锑基负极材料及其制备方法与流程

本发明涉及锂电池，具体为一种负载型氧化锑基负极材料及其制备方法。

背景技术：

1、锂离子电池已经商业化了将近30年，但是，最常用的负极材料石墨和钴酸锂难以完全满足市场对于高性能的锂离子电池的更高要求，因此，人们一直不懈努力探索新型高性能电极材料，例如其他碳质材料，合金材料，金属氧化物和金属硫化物等。

2、在这些材料中，金属锑和锑基材料(包括合金，硫化物，氧化物及其复合材料)引起了人们的巨大关注，因其具有较高的理论比容量，且原材料的成本相对低、易于加工制备、安全性能好等一系列优点，被认为是最具有应用和发展潜力的材料之一。

3、然而，锑基负极材料在完全锂化后会在循环过程中发生大体积的膨胀，最终可能会导致粉化活性材料并产生与集流体发生分离的问题，从而大大降低了其循环稳定性。

技术实现思路

1、发明目的：针对上述技术问题，本发明提出了一种负载型氧化锑基负极材料及其制备方法。

2、所采用的技术方案如下：

3、一种负载型氧化锑基负极材料，包括mxene；

4、以及负载在所述mxene上的氧化锑粒子和锑粒子；

5、所述氧化锑粒子和锑粒子的总质量≥所述mxene的质量。

6、进一步地，所述氧化锑粒子与锑粒子的质量比为1-5：1。

7、本发明还公开了一种负载型氧化锑基负极材料的制备方法：

8、将mxene和锑盐加入到有机溶剂中，超声振荡分散后再将2-甲基咪唑加入，搅拌反应1-24h后陈化，收集固体洗涤后干燥得到前驱体，先将前驱体在氢气和氩气组成的混合气氛下于第一温度煅烧1-3h，在第一温度下前驱体分解生成锑的氧化物并被氢气完全还原成金属锑，恢复室温后再在空气气氛下于第二温度退火1-3h即可，在退火时，一方面mxene生成了类似于钛氧化物和ti3c2ox的异质结构，这种异质结构材料结合了钛氧化物对金属离子的高化学吸附能力和ti3c2良好的电子导电性，另一方面金属锑被氧化成氧化锑，通过改变退火温度和时间，调控金属锑和氧化锑的比例。

9、进一步地，所述mxene的制备方法如下：

10、将ti3alc2加入到刻蚀溶液中，超声搅拌12-72h后，收集产物洗涤后干燥，再分散于季铵盐表面活性剂溶液中，30-60℃水浴下搅拌24-48h，所得沉淀洗涤后干燥即可。

11、季铵盐表面活性剂插层改性可以增加mxene的层间距，层间距越大，负载效果越好，片层结构中所容留的金属锑和氧化锑量越大，缓冲体积变化，解决体积膨胀效果越好，循环稳定性越高。

12、进一步地，所述刻蚀溶液为氢氟酸溶液，所述氢氟酸溶液的质量浓度为5-10％。

13、进一步地，季铵盐表面活性剂为十四烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵和十八烷基三甲基溴化铵中的任意一种或多种组合。

14、进一步地，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇中的任意一种或多种组合。

15、进一步地，所述第一温度高于所述第二温度。

16、进一步地，所述第一温度为700-900℃，所述第二温度为300-600℃。

17、进一步地，所述混合气氛中氢气的体积分数为10-30％。

18、本发明的有益效果：

19、本发明提供了一种负载型氧化锑基负极材料，一方面氧化锑与锑形成协同效应，氧化锑提供高容量，基于转化反应生成的li2o阻止锑粒子团聚，缓解应力，提高循环稳定性，锑能够提高负极材料的电子传输能力，提高电化学反应动力，有利于电化学反应的进行，另一方面片层结构的mxene，可以提供更多的电化学活性位点，从而整体提升负极材料的电化学性能，氧化锑与锑负载于mxene的片层间，可以缓冲体积变化以解决体积膨胀，提高循环稳定性，而且mxene具有优异的电子电导率，可以增加电子传输能力，提高负极材料的电化学性能，由于金属骨架特殊特结构，本发明通过sb-mofs作为前驱体制备得到的氧化锑与锑能够保留多孔的结构，这有利电解液的快速扩散和离子的传输，使得负极材料能够获得很好的电化学性能，本发明所公开的负载型氧化锑基负极材料具有极佳的电化学性能，在0.5a·g-1的电流密度下循环500次后容量保持率＞80％。

技术特征：

1.一种负载型氧化锑基负极材料，其特征在于，包括mxene；

2.如权利要求1所述的负载型氧化锑基负极材料，其特征在于，所述氧化锑粒子与锑粒子的质量比为1-5：1。

3.一种如权利要求1或2所述的负载型氧化锑基负极材料的制备方法，其特征在于，将mxene和锑盐加入到有机溶剂中，超声振荡分散后再将2-甲基咪唑加入，搅拌反应1-24h后陈化，收集固体洗涤后干燥得到前驱体，先将前驱体在氢气和氩气组成的混合气氛下于第一温度煅烧1-3h，恢复室温后再在空气气氛下于第二温度退火1-3h即可。

4.如权利要求3所述的负载型氧化锑基负极材料的制备方法，其特征在于，所述mxene的制备方法如下：

5.如权利要求4所述的负载型氧化锑基负极材料的制备方法，其特征在于，所述刻蚀溶液为氢氟酸溶液，所述氢氟酸溶液的质量浓度为5-10％。

6.如权利要求4所述的负载型氧化锑基负极材料的制备方法，其特征在于，季铵盐表面活性剂为十四烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵和十八烷基三甲基溴化铵中的任意一种或多种组合。

7.如权利要求3所述的负载型氧化锑基负极材料的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇中的任意一种或多种组合。

8.如权利要求3所述的负载型氧化锑基负极材料的制备方法，其特征在于，所述第一温度高于所述第二温度。

9.如权利要求3所述的负载型氧化锑基负极材料的制备方法，其特征在于，所述第一温度为700-900℃，所述第二温度为300-600℃。

10.如权利要求3所述的负载型氧化锑基负极材料的制备方法，其特征在于，所述混合气氛中氢气的体积分数为10-30％。

技术总结
本发明涉及锂电池技术领域，具体为一种负载型氧化锑基负极材料及其制备方法，包括MXene，以及负载在所述MXene上的氧化锑粒子和锑粒子，所述氧化锑粒子和锑粒子的总质量≥所述MXene的质量，本发明所公开的负载型氧化锑基负极材料具有极佳的电化学性能，在0.5A·g<supgt;‑1</supgt;的电流密度下循环500次后容量保持率＞80％。

技术研发人员：龚晓芳,龚文
受保护的技术使用者：湖南娄底华星锑业有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29