本發(fā)明涉及鈉離子電池負極材料，具體是指一種氯氧鉍與硫氮共摻雜碳量子點復(fù)合的鈉離子電池負極材料及制備方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，研究者普遍認為開發(fā)高效的電化學(xué)儲能裝置是緩解碳基能源危機的重要手段之一，其中，規(guī)模化儲能用鈉離子電池是當前研究的熱點方向。鈉離子電池中的負極材料承擔(dān)了鈉化和脫鈉的作用，會顯著影響電池性能。因此，探索開發(fā)可以高效存儲鈉離子的新型負極材料始終是該領(lǐng)域的研究重點和熱點，也是迫在眉睫的現(xiàn)實問題。

2、在眾多負極材料中，氯氧鉍（biocl）具有原料來源廣泛、價格低廉、工藝簡單、綠色環(huán)保等特點，其是典型的二維層狀材料，在能源催化領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。此外，其層間結(jié)構(gòu)通過范德華力連接形成，同時還存在由鉍氧層（(bi2o2)2+）指向鹵素離子層（(x)-）的內(nèi)建電場。biocl較大的層間距(0.737nm)可有效地接收鈉離子的嵌入和脫出，而內(nèi)建電場則可以促進電子遷移至其表面，是非常具有潛力的鈉離子電池負極材料，因而受到了領(lǐng)域內(nèi)學(xué)者的廣泛關(guān)注。然而，biocl較低電子遷移速率和較差的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性(納米顆粒易團聚、三維結(jié)構(gòu)易塌縮)等，使其用作鈉離子電池負極材料時，會存在以下問題：1、biocl用作鈉離子電池負極材料時其比容量較低，導(dǎo)致倍率性能較差；2、biocl用作鈉離子電池負極材料時容易團聚坍縮，導(dǎo)致循環(huán)穩(wěn)定性能差。上述問題嚴重掣肘了biocl在鈉離子電池領(lǐng)域的發(fā)展和實際應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決biocl作為鈉離子電池負極時比容量低和循環(huán)穩(wěn)定性差的問題，本申請?zhí)峁┝艘环N氯氧鉍與硫氮共摻雜碳量子點復(fù)合的鈉離子電池負極材料及制備方法。

2、本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：一種氯氧鉍與硫氮共摻雜碳量子點復(fù)合的鈉離子電池負極材料制備方法，包括以下步驟：

3、步驟1：制備氯氧鉍；

4、步驟2：制備硫氮共摻雜碳量子點；

5、步驟3：按硫氮共摻雜碳量子點與氯氧鉍按照質(zhì)量比為1:5～20的比例制備鈉離子電池負極材料。

6、進一步的，步驟1中制備氯氧鉍具體包括以下步驟：

7、步驟1.1：將鉍源溶解于溶劑中，得到溶液a；

8、步驟1.2：向溶液a中加入模板劑；其中，模板劑與鉍源的摩爾比例為1:8～15；

9、步驟1.3：按照bi和cl的摩爾比為1：1～3的比例向溶液a中加入氯化物，得到溶液b；

10、步驟1.4：將溶液b進行磁力攪拌，直至溶解為澄清透明狀態(tài)；

11、步驟1.5：將溶液b轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，升溫至120～160℃，保溫12～15h，冷卻后抽濾，得到沉淀物，將沉淀物清洗、烘干，得到氯氧鉍。

12、進一步的，所述鉍源為五水硝酸鉍或檸檬酸鉍；所述溶劑為乙醇、乙二醇或異丙醇；所述模板劑為十六烷基三甲基溴化銨；所述氯化物為kcl或bicl3。

13、進一步的，所述步驟1.5中升溫速率為10～15℃/min。

14、進一步的，步驟2中制備硫氮共摻雜碳量子點具體包括以下步驟：

15、步驟2.1：將氧源溶解在?n，n-二甲基甲酰胺中，得到溶液c；

16、步驟2.2：將碳源加入溶液c中，并磁力攪拌，直至溶解為澄清透明狀態(tài)，得到溶液d；其中，碳源與氧源的質(zhì)量比為2～4:1；

17、步驟2.3：將溶液d轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，升溫至120～160℃，保溫4～8h，冷卻后得到溶液e；

18、步驟2.4：調(diào)節(jié)溶液e的ph值至8～9；

19、步驟2.5：將溶液e離心，取沉淀物重新溶解于去離子水中，再次離心，反復(fù)2～4次；

20、步驟2.6：取沉淀物裝入透析袋中，加入去離子水進行透析，反復(fù)更換去離子水，直到透析至去離子水呈現(xiàn)無色透明狀態(tài)；

21、步驟2.7：將透析袋中的溶液取出，蒸發(fā)、冷凍干燥，得到硫氮共摻雜碳量子點。

22、進一步的，所述氧源為檸檬酸或檸檬酸鈉；所述碳源為硫脲。

23、進一步的，步驟2.4中向溶液e中加入濃度為0.1～0.2mol/l的koh溶液調(diào)節(jié)溶液e的ph值。

24、進一步的，步驟2.6中的透析袋為10000分子量的透析袋。

25、進一步的，步驟3中制備鈉離子電池負極材料具體包括以下步驟：

26、步驟3.1：將硫氮共摻雜碳量子點固體粉末溶解于乙醇中，得到溶液f；

27、步驟3.2：向溶液f中加入濃度為12～16mol/l的巰基乙醇，并在50～80℃的惰性氣氛保護下回流，得到溶液g；其中，巰基乙醇的加入量為乙醇的5～10%；

28、步驟3.3：將氯氧鉍加入溶液g中，在50～80℃的惰性氣氛保護下回流，回流結(jié)束后，持續(xù)通入惰性氣體，并進行蒸發(fā)、抽濾、干燥后制得鈉離子電池負極材料。

29、本發(fā)明還公開一種氯氧鉍與硫氮共摻雜碳量子點復(fù)合的鈉離子電池負極材料，其由上述的氯氧鉍與硫氮共摻雜碳量子點復(fù)合的鈉離子電池負極材料制備方法制成。

30、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請具有如下有益效果：

31、（1）本發(fā)明將硫氮共摻雜碳量子點與氯氧鉍結(jié)合，利用硫氮共摻雜碳量子點表面和邊緣豐富的缺陷以及摻雜的s和n原子位點作為額外儲鈉位點，進而提高了鈉離子電池負極材料充放電時的比容量。

32、（2）本發(fā)明利用表面帶有碳鏈的硫氮共摻雜碳量子點的空間位阻效應(yīng)和靜電排斥效應(yīng)，抑制了biocl材料的團聚和坍縮，進而提高了鈉離子電池負極材料的循環(huán)穩(wěn)定性。

33、（3）本發(fā)明通過巰基乙醇作為硫氮共摻雜碳量子點與氯氧鉍的橋連劑，其羥基端（-oh）連接硫氮共摻雜碳量子點，巰基端（-sh）連接氯氧鉍，實現(xiàn)了兩組元之間強結(jié)合，形成穩(wěn)固牢靠的二元復(fù)合物，展現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能。

技術(shù)特征：

1.一種氯氧鉍與硫氮共摻雜碳量子點復(fù)合的鈉離子電池負極材料制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氯氧鉍與硫氮共摻雜碳量子點復(fù)合的鈉離子電池負極材料制備方法，其特征在于，步驟1中制備氯氧鉍具體包括以下步驟：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氯氧鉍與硫氮共摻雜碳量子點復(fù)合的鈉離子電池負極材料制備方法，其特征在于，所述鉍源為五水硝酸鉍或檸檬酸鉍；所述溶劑為乙醇、乙二醇或異丙醇；所述模板劑為十六烷基三甲基溴化銨；所述氯化物為kcl或bicl3。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氯氧鉍與硫氮共摻雜碳量子點復(fù)合的鈉離子電池負極材料制備方法，其特征在于，所述步驟1.5中升溫速率為10～15℃/min。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氯氧鉍與硫氮共摻雜碳量子點復(fù)合的鈉離子電池負極材料制備方法，其特征在于，步驟2中制備硫氮共摻雜碳量子點具體包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氯氧鉍與硫氮共摻雜碳量子點復(fù)合的鈉離子電池負極材料制備方法，其特征在于，所述氧源為檸檬酸或檸檬酸鈉；所述碳源為硫脲。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氯氧鉍與硫氮共摻雜碳量子點復(fù)合的鈉離子電池負極材料制備方法，其特征在于，步驟2.4中向溶液e中加入濃度為0.1～0.2mol/l的koh溶液調(diào)節(jié)溶液e的ph值。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氯氧鉍與硫氮共摻雜碳量子點復(fù)合的鈉離子電池負極材料制備方法，其特征在于，步驟2.6中的透析袋為10000分子量的透析袋。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氯氧鉍與硫氮共摻雜碳量子點復(fù)合的鈉離子電池負極材料制備方法，其特征在于，步驟3中制備鈉離子電池負極材料具體包括以下步驟：

10.一種氯氧鉍與硫氮共摻雜碳量子點復(fù)合的鈉離子電池負極材料，其特征在于，由權(quán)利要求1-9任一項所述的氯氧鉍與硫氮共摻雜碳量子點復(fù)合的鈉離子電池負極材料制備方法制成。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種氯氧鉍與硫氮共摻雜碳量子點復(fù)合的鈉離子電池負極材料及制備方法，屬于鈉離子電池負極材料制備技術(shù)領(lǐng)域。其中，制備方法包括步驟1：制備氯氧鉍；步驟2：制備硫氮共摻雜碳量子點；步驟3：按硫氮共摻雜碳量子點與氯氧鉍按照質(zhì)量比為1:5～20的比例制備鈉離子電池負極材料。由于該方法所制得的氯氧鉍與硫氮共摻雜碳量子點復(fù)合的鈉離子電池負極材料具有很好的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：劉旸,鄒富陽,楊定宇,崔旭梅,馬禹浩
受保護的技術(shù)使用者：成都信息工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19