本發(fā)明涉及鋰離子電池正極材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用碳量子點(diǎn)還原SbCl₃制備Sb單質(zhì)的方法。

背景技術(shù)：

在近年發(fā)展起來的可充電電池中，鋰離子電池由于其優(yōu)良的性能而在電子工業(yè)和電子產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用。鋰離子電池具有電池電壓高、比容量大、能量密度高、無記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命長(zhǎng)、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用范圍最廣和最有可能大規(guī)模應(yīng)用于電動(dòng)汽車的二次電池。然而從概念上講完全相同的鈉離子電池由于鈉離子的含量相對(duì)更豐富，分布更均勻，最近也得到了廣泛的關(guān)注，將是一種有前景的新型電池。然而陽極材料是鋰離子電池及鈉離子電池的關(guān)鍵材料，其性能的好壞不僅直接影響電池的性能，而且對(duì)降低電池成本、實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

因此，要尋找的陽極材料不僅理論上其電荷儲(chǔ)存能力要高于石墨(372mAhg^-1)而且要保證在快速充放電（高電流密度）下有很長(zhǎng)的壽命。當(dāng)以鋰的化合物L(fēng)i₃Sb為原料時(shí)，Sb因表現(xiàn)出高的理論比容量660 mAhg^-1而備受關(guān)注，被認(rèn)為是最有應(yīng)用前景的陽極材料。而最近的研究表明Sb與Na的化合物也具有很好的電化學(xué)穩(wěn)定性及循環(huán)性能，表明Sb對(duì)于鈉離子電池也有很高的應(yīng)用價(jià)值。由此尋找成本低，合成方法簡(jiǎn)單的制備Sb的方法已成為很多研究人員的研究熱點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種方法簡(jiǎn)單、成本低、污染小的用碳量子點(diǎn)還原SbCl₃制備Sb單質(zhì)的方法。

為解決上述問題，本發(fā)明所述的一種用碳量子點(diǎn)還原SbCl₃制備Sb單質(zhì)的方法，包括以下步驟：

⑴將葡萄糖、油胺混合后于室溫下攪拌，在惰性氣體氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下以5~20℃/min的速率加熱到100~300℃，并于該溫度下保溫5~40min，得到紅棕色液體；所述葡萄糖與所述油胺的質(zhì)量體積比為0.01~1g ：0.1~5mL；

⑵將所述紅棕色液體的溫度調(diào)控至50~250℃后，于此溫度下注入其體積0.5~2倍的溶解后的SbCl₃溶液，并保溫5~30min，得到棕黑色粘稠物，該棕黑色粘稠物在氮?dú)獗Ｗo(hù)下降至室溫；

⑶在所述步驟⑵所得的棕黑色粘稠物中加入其質(zhì)量30~100倍的丙酮進(jìn)行溶解，得到伴有黑色小顆粒的紅棕色透明液體；

⑷所述伴有黑色小顆粒的紅棕色透明液體經(jīng)離心后，得到沉淀物，該沉淀物經(jīng)正己烷洗滌2~9遍后真空干燥至恒重，即得Sb納米顆粒。

所述步驟⑵中溶解后的SbCl₃溶液是指將SbCl₃按每0.05~5mmol用0.05~5mL甲苯溶解所得的溶液。

所述步驟⑷中離心的條件是指速率為4000~9000rpm，次數(shù)為2~9次，每次時(shí)間為60~300s。

所述步驟⑷中真空干燥的條件是指溫度為30~60℃、真空度為-0.09~-0.05MPa。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明選取了價(jià)格低廉，無毒的葡萄糖為合成量子點(diǎn)的原料，以及毒性小沸點(diǎn)高的油胺為溶劑，降低了對(duì)環(huán)境的污染，且操作簡(jiǎn)單。

2、本發(fā)明選取了價(jià)格相對(duì)低廉的SbCl₃為Sb的原料，降低了成本。

3、本發(fā)明SbCl₃的注入溫度為50~250℃，相對(duì)于其他制備Sb的實(shí)驗(yàn)溫度有所降低。

4、本發(fā)明所獲得的Sb納米顆粒經(jīng)X射線衍射測(cè)試（參見圖1），從XRD圖中可以看出本實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物的結(jié)晶型很高，且產(chǎn)物純度也很高，沒有雜峰出現(xiàn)。經(jīng)透射電鏡測(cè)試（參見圖2）， 可以看出產(chǎn)物大小均一，結(jié)晶性高（參見圖3），跟XRD結(jié)果一致；另外，經(jīng)高分辨透射電鏡（HRTEM）觀察，可以清晰地看到Sb晶體的晶格條紋，說明產(chǎn)物Sb的結(jié)晶性很高，與XRD及SAED的測(cè)試結(jié)果相一致。進(jìn)一步經(jīng)掃描電鏡測(cè)試（參見圖5），可以看出產(chǎn)物顆粒大小均一，純度高，結(jié)晶性好。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為本發(fā)明Sb納米顆粒的X射線衍射圖譜(XRD)。采用D/max-2400型X射線衍射儀，激發(fā)光源為λ=1.5406 nm（日本Rigaku公司）。

圖2為本發(fā)明Sb納米顆粒的透射電鏡(TEM)照片（200nm）。采用TECNAI G2 TF20型透射電子顯微鏡（美國(guó)FEI公司）。

圖3為本發(fā)明Sb納米顆粒的選區(qū)電子衍射（SAED）照片。

圖4為本發(fā)明Sb納米顆粒的高分辨透射電鏡（HRTEM）照片。

圖5為本發(fā)明Sb納米顆粒的掃描電鏡（SEM）照片。采用德國(guó)蔡司公司生產(chǎn)的掃描電鏡。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1 一種用碳量子點(diǎn)還原SbCl₃制備Sb單質(zhì)的方法，包括以下步驟：

⑴將葡萄糖、油胺混合后于室溫下攪拌，在惰性氣體氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下以5℃/min的速率加熱到100℃，并于該溫度下保溫5min，得到紅棕色液體。

其中：葡萄糖與油胺的質(zhì)量體積比為0.01g ：0.1mL。

⑵將紅棕色液體的溫度調(diào)控至50℃后，于此溫度下注入其體積0.5倍的溶解后的SbCl₃溶液，并保溫5min，得到棕黑色粘稠物，該棕黑色粘稠物在氮?dú)獗Ｗo(hù)下降至室溫。

其中：溶解后的SbCl₃溶液是指將SbCl₃按每0.05mmol用0.05mL甲苯溶解所得的溶液。

⑶在步驟⑵所得的棕黑色粘稠物中加入其質(zhì)量30倍的丙酮進(jìn)行溶解，得到伴有黑色小顆粒的紅棕色透明液體。

⑷伴有黑色小顆粒的紅棕色透明液體在速率為4000rpm、次數(shù)為2次、每次時(shí)間為60s的條件下經(jīng)離心后，得到沉淀物，該沉淀物經(jīng)其體積0.5倍的正己烷洗滌2遍后在溫度為30℃、真空度為-0.09MPa的條件下真空干燥至恒重，即得Sb納米顆粒。

實(shí)施例2 一種用碳量子點(diǎn)還原SbCl₃制備Sb單質(zhì)的方法，包括以下步驟：

⑴將葡萄糖、油胺混合后于室溫下攪拌，在惰性氣體氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下以20℃/min的速率加熱到300℃，并于該溫度下保溫40min，得到紅棕色液體。

其中：葡萄糖與油胺的質(zhì)量體積比為1g ：5mL。

⑵將紅棕色液體的溫度調(diào)控至250℃后，于此溫度下注入其體積2倍的溶解后的SbCl₃溶液，并保溫30min，得到棕黑色粘稠物，該棕黑色粘稠物在氮?dú)獗Ｗo(hù)下降至室溫。

其中：溶解后的SbCl₃溶液是指將SbCl₃按每5mmol用5mL甲苯溶解所得的溶液。

⑶在步驟⑵所得的棕黑色粘稠物中加入其質(zhì)量100倍的丙酮進(jìn)行溶解，得到伴有黑色小顆粒的紅棕色透明液體。

⑷伴有黑色小顆粒的紅棕色透明液體在速率為9000rpm、次數(shù)為9次、每次時(shí)間為300s的條件下經(jīng)離心后，得到沉淀物，該沉淀物經(jīng)其體積3倍的正己烷洗滌9遍后在溫度為60℃、真空度為-0.05MPa的條件下真空干燥至恒重，即得Sb納米顆粒。

實(shí)施例3 一種用碳量子點(diǎn)還原SbCl₃制備Sb單質(zhì)的方法，包括以下步驟：

⑴將葡萄糖、油胺混合后于室溫下攪拌，在惰性氣體氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下以10℃/min的速率加熱到200℃，并于該溫度下保溫10min，得到紅棕色液體。

其中：葡萄糖與油胺的質(zhì)量體積比為0.1g ：1mL。

⑵將紅棕色液體的溫度調(diào)控至130℃后，于此溫度下注入其體積1倍的溶解后的SbCl₃溶液，并保溫10min，得到棕黑色粘稠物，該棕黑色粘稠物在氮?dú)獗Ｗo(hù)下降至室溫。

其中：溶解后的SbCl₃溶液是指將SbCl₃按每0.2mmol用1mL甲苯溶解所得的溶液。

⑶在步驟⑵所得的棕黑色粘稠物中加入其質(zhì)量60倍的丙酮進(jìn)行溶解，得到伴有黑色小顆粒的紅棕色透明液體。

⑷伴有黑色小顆粒的紅棕色透明液體在速率為8000rpm、次數(shù)為5次、每次時(shí)間為180s的條件下經(jīng)離心后，得到沉淀物，該沉淀物經(jīng)其體積2倍的正己烷洗滌8遍后在溫度為30℃、真空度為-0.07MPa的條件下真空干燥至恒重，即得Sb納米顆粒。

實(shí)施例4 一種用碳量子點(diǎn)還原SbCl₃制備Sb單質(zhì)的方法，包括以下步驟：

⑴將葡萄糖、油胺混合后于室溫下攪拌，在惰性氣體氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下以10℃/min的速率加熱到180℃，并于該溫度下保溫30min，得到紅棕色液體。

其中：葡萄糖與油胺的質(zhì)量體積比為0.5g ：3mL。

⑵將紅棕色液體的溫度調(diào)控至150℃后，于此溫度下注入其體積1.5倍的溶解后的SbCl₃溶液，并保溫15min，得到棕黑色粘稠物，該棕黑色粘稠物在氮?dú)獗Ｗo(hù)下降至室溫。

其中：溶解后的SbCl₃溶液是指將SbCl₃按每25mmol用2mL甲苯溶解所得的溶液。

⑶在步驟⑵所得的棕黑色粘稠物中加入其質(zhì)量80倍的丙酮進(jìn)行溶解，得到伴有黑色小顆粒的紅棕色透明液體。

⑷伴有黑色小顆粒的紅棕色透明液體在速率為5000rpm、次數(shù)為3次、每次時(shí)間為240s的條件下經(jīng)離心后，得到沉淀物，該沉淀物經(jīng)其體積2.5倍的正己烷洗滌5遍后在溫度為40℃、真空度為-0.08MPa的條件下真空干燥至恒重，即得Sb納米顆粒。

實(shí)施例5 一種用碳量子點(diǎn)還原SbCl₃制備Sb單質(zhì)的方法，包括以下步驟：

⑴將葡萄糖、油胺混合后于室溫下攪拌，在惰性氣體氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下以15℃/min的速率加熱到250℃，并于該溫度下保溫35min，得到紅棕色液體。

其中：葡萄糖與油胺的質(zhì)量體積比為0.8g ：1mL。

⑵將紅棕色液體的溫度調(diào)控至200℃后，于此溫度下注入其體積2倍的溶解后的SbCl₃溶液，并保溫25min，得到棕黑色粘稠物，該棕黑色粘稠物在氮?dú)獗Ｗo(hù)下降至室溫。

其中：溶解后的SbCl₃溶液是指將SbCl₃按每3mmol用4mL甲苯溶解所得的溶液。

⑶在步驟⑵所得的棕黑色粘稠物中加入其質(zhì)量60倍的丙酮進(jìn)行溶解，得到伴有黑色小顆粒的紅棕色透明液體。

⑷伴有黑色小顆粒的紅棕色透明液體在速率為6000rpm、次數(shù)為6次、每次時(shí)間為180s的條件下經(jīng)離心后，得到沉淀物，該沉淀物經(jīng)其體積2倍的正己烷洗滌5遍后在溫度為50℃、真空度為-0.07MPa的條件下真空干燥至恒重，即得Sb納米顆粒。

實(shí)施例6 一種用碳量子點(diǎn)還原SbCl₃制備Sb單質(zhì)的方法，包括以下步驟：

⑴將葡萄糖、油胺混合后于室溫下攪拌，在惰性氣體氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下以15℃/min的速率加熱到280℃，并于該溫度下保溫30min，得到紅棕色液體。

其中：葡萄糖與油胺的質(zhì)量體積比為0.7g ：3.5mL。

⑵將紅棕色液體的溫度調(diào)控至230℃后，于此溫度下注入其體積1倍的溶解后的SbCl₃溶液，并保溫25min，得到棕黑色粘稠物，該棕黑色粘稠物在氮?dú)獗Ｗo(hù)下降至室溫。

其中：溶解后的SbCl₃溶液是指將SbCl₃按每3mmol用3.5mL甲苯溶解所得的溶液。

⑶在步驟⑵所得的棕黑色粘稠物中加入其質(zhì)量50倍的丙酮進(jìn)行溶解，得到伴有黑色小顆粒的紅棕色透明液體。

⑷伴有黑色小顆粒的紅棕色透明液體在速率為7000rpm、次數(shù)為8次、每次時(shí)間為240s的條件下經(jīng)離心后，得到沉淀物，該沉淀物經(jīng)其體積1.2倍的正己烷洗滌6遍后在溫度為30℃、真空度為-0.07MPa的條件下真空干燥至恒重，即得Sb納米顆粒。