mA/g、500mA/g、IA/g、2k/g等不同的電流密度下測試電池的倍率性能。測試結(jié)果表明，本例制備的鈉電負極具有良好的電化學性能:在100mA/g的電流密度下，循環(huán)100圈后，仍能保持271mAh/g的比容量；在100mA/g、200mA/g、500mA/g、lA/g和2A/g 的放電密度下，仍能分別保持 553mAh/g，461mAh/g，345mAh/g、262mAh/g 和 213mAh/g 的比容量。
[0034]實施例4
[0035]稱取1g縮二脲，15g五水硝酸鉍以及1g CTAB加入到300mL的去離子水中，25°C下攪拌Ih直至溶液澄清，制得噴霧熱解溶液；在800°C下噴霧熱解，通過噴霧系統(tǒng)的霧化量為0.5mL/min，介質(zhì)霧化壓力為IMPa，收集產(chǎn)物；將得到的噴霧產(chǎn)物反復(fù)用去離子水、無水乙醇洗滌3次，80°C真空干燥，制得鉍/摻氮碳球復(fù)合材料。鉍/摻氮碳球粒徑大小為0.1?3 μ m，納米鉍顆粒大小為5?8nm，鉍含量為65%，氮含量為2%。采用本實施例制備的鉍/摻氮碳球為工作電極，鈉為對電極，組裝成扣式電池，在100mA/g的電流密度下，測試循環(huán)性能；在100mA/g、200mA/g、500mA/g、IA/g、2k/g等不同的電流密度下測試電池的倍率性能。測試結(jié)果表明，本例制備的鈉電負極具有良好的電化學性能:在100mA/g的電流密度下，循環(huán)100圈后，仍能保持287mAh/g的比容量；在100mA/g、200mA/g、500mA/g、lA/g和2A/g 的放電密度下，仍能分別保持 577mAh/g，481mAh/g，356mAh/g、292mAh/g 和 253mAh/g 的比容量。
[0036]實施例5
[0037]稱取1g 二丙胺，15g五水硝酸鉍以及5g CTAB加入到250mL的去離子水中，25°C下攪拌0.5h直至溶液澄清，制得噴霧熱解溶液；在700°C下噴霧熱解，通過噴霧系統(tǒng)的霧化量為0.5mL/min，介質(zhì)霧化壓力為IMPa，收集產(chǎn)物；將得到的噴霧產(chǎn)物反復(fù)用去離子水、無水乙醇洗滌3次，60°C真空干燥，制得鉍/摻氮碳球復(fù)合材料。鉍/摻氮碳球粒徑大小為0.2?5 μ m，納米鉍顆粒大小為5?8nm，鉍含量為55%，氮含量為2%。采用本實施例制備的鉍/摻氮碳球為工作電極，鈉為對電極，組裝成扣式電池，在100mA/g的電流密度下，測試循環(huán)性能；在100mA/g、200mA/g、500mA/g、IA/g、2k/g等不同的電流密度下測試電池的倍率性能。測試結(jié)果表明，本例制備的鈉電負極具有良好的電化學性能:在100mA/g的電流密度下，循環(huán)100圈后，仍能保持263mAh/g的比容量；在100mA/g、200mA/g、500mA/g、lA/g和2A/g 的放電密度下，仍能分別保持 574mAh/g，456mAh/g，351mAh/g、282mAh/g 和 203mAh/g 的比容量。
[0038]對比例I
[0039]稱取2g縮二脲，25g五水硝酸鉍以及5g CTAB加入到200mL的去離子水中，25°C下攪拌0.5h直至溶液澄清，制得噴霧熱解溶液；在800°C下噴霧熱解，通過噴霧系統(tǒng)的霧化量為3mL/min，介質(zhì)霧化壓力為IMPa，收集產(chǎn)物；將得到的噴霧產(chǎn)物反復(fù)用去離子水、無水乙醇洗滌4次，100°C真空干燥，制得鉍/摻氮碳球復(fù)合材料。鉍/摻氮碳球粒徑大小為0.2?5 μ m，納米鉍顆粒大小為2?10nm，鉍含量為55%，氮含量為2 0Z0o采用本實施例制備的鉍/摻氮碳球為工作電極，鈉為對電極，組裝成扣式電池，在100mA/g的電流密度下，測試循環(huán)性能；在10mA/g、200mA/g、500mA/g、IA/g、2k/g等不同的電流密度下測試電池的倍率性能。測試結(jié)果表明，本例制備的鈉電負極具有良好的電化學性能:在100mA/g的電流密度下，循環(huán)100圈后，只能保持92mAh/g的比容量；在100mA/g、200mA/g、500mA/g、lA/g和2A/g 的放電密度下，只能分別保持 274mAh/g，203mAh/g, 148mAh/g、96mAh/g 和 80mAh/g 的比容量。
[0040]對比例2
[0041]稱取1g縮二脲，15g五水硝酸鉍以及0.1g CTAB加入到500mL的去離子水中，25°C下攪拌0.5h直至溶液澄清，制得噴霧熱解溶液；在900°C下噴霧熱解，通過噴霧系統(tǒng)的霧化量為0.5mL/min，介質(zhì)霧化壓力為IMPa，收集產(chǎn)物；將得到的噴霧產(chǎn)物反復(fù)用去離子水、無水乙醇洗滌3次，60°C真空干燥，制得鉍/摻氮碳球復(fù)合材料。鉍/摻氮碳球粒徑大小為0.2?5 μ m，納米鉍顆粒大小為30?80nm，鉍含量為54 %，氮含量為2 %。采用本實施例制備的鉍/摻氮碳球為工作電極，鈉為對電極，組裝成扣式電池，在100mA/g的電流密度下，測試循環(huán)性能；在100mA/g、200mA/g、500mA/g、lA/g、2A/g等不同的電流密度下測試電池的倍率性能。測試結(jié)果表明，本例制備的鈉電負極具有良好的電化學性能:在100mA/g的電流密度下，循環(huán)100圈后，只能保持113mAh/g的比容量；在100mA/g、200mA/g、500mA/g、lA/g 和 2A/g 的放電密度下，只能分別保持 301mAh/g，243mAh/g，168mAh/g、106mAh/g 和93mAh/g的比容量。
[0042]對比例3
[0043]稱取1g鄰硝基苯胺和15g五水硝酸鉍加入到200mL的去離子水中，40°C下攪拌0.5h直至溶液澄清，制得噴霧熱解溶液；在800°C下噴霧熱解，通過噴霧系統(tǒng)的霧化量為0.8mL/min，介質(zhì)霧化壓力為IMPa，收集產(chǎn)物；將得到的噴霧產(chǎn)物反復(fù)用去離子水、無水乙醇洗滌3次，60°C真空干燥，制得鉍/摻氮碳球復(fù)合材料。鉍/摻氮碳球粒徑大小為0.1?10 μ m，納米鉍顆粒大小為40?90nm，鉍含量為65%，氮含量為2.4%。采用本實施例制備的鉍/摻氮碳球為工作電極，鈉為對電極，組裝成扣式電池，在100mA/g的電流密度下，測試循環(huán)性能；在100mA/g、200mA/g、500mA/g、lA/g、2A/g等不同的電流密度下測試電池的倍率性能。測試結(jié)果表明，本例制備的鈉電負極具有良好的電化學性能:在100mA/g的電流密度下，循環(huán)100圈后，只能保持105mAh/g的比容量；在100mA/g、200mA/g、500mA/g、lA/g和2A/g的放電密度下，只能分別保持291mAh/g，232mAh/g，156mAh/g、96mAh/g和82mAh/g的比容量。
[0044]對比例4
[0045]稱取1g縮二脲，15g五水硝酸鉍以及5g CTAB加入到200mL的去離子水中，30°C下攪拌0.5h直至溶液澄清；將溶液倒入內(nèi)襯為聚四氟乙烯高壓反應(yīng)釜，200°C下保溫24h，離心分離并清洗產(chǎn)物，將干燥后的產(chǎn)物放置在管式爐中，通入氬氣，以5°C /min的升溫速率升溫到800°C并保溫2h，制得鉍/摻氮碳球復(fù)合材料。鉍/摻氮碳球粒徑大小為0.3?15 μ m，納米鉍顆粒大小為30?70nm，鉍含量為55%，氮含量為3%。采用本實施例制備的鉍/摻氮碳球為工作電極，鈉為對電極，組裝成扣式電池，在100mA/g的電流密度下，測試循環(huán)性能；在100mA/g、200mA/g、500mA/g、lA/g、2A/g等不同的電流密度下測試電池的倍率性能。測試結(jié)果表明，本例制備的鈉電負極具有良好的電化學性能:在100mA/g的電流密度下，循環(huán)100圈后，只能保持136mAh/g的比容量；在100mA/g、200mA/g、500mA/g、lA/g和2A/g的放電密度下，只能分別保持331mAh/g，275mAh/g，192mAh/g、136mAh/g和127mAh/g的比容量。
【主權(quán)項】
1.一種鈉離子電池鉍/摻氮碳球負極復(fù)合材料的制備方法，該方法依次包括以下步驟:(I)稱取含氮碳源、鉍前驅(qū)體、表面活性劑加入到去離子水中，在20?50°C溫度下攪拌直至溶液澄清，制得噴霧溶液；所述含氮碳源:鉍前驅(qū)體:表面活性劑的質(zhì)量比為0.2?1:0.1 ?2:0.I ?I ; (2)在氮氣或氬氣氣氛下，把噴霧溶液在熱解爐膛內(nèi)600?1000°C進行噴霧熱解，通過噴霧系統(tǒng)的噴霧量為0.5?20mL/min，霧化壓力為I?30MPa，用去離子水收集產(chǎn)物； (3)將得到的噴霧產(chǎn)物洗滌，干燥，制得鉍/摻氮碳球復(fù)合材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的含氮碳源為為縮二脲、三乙醇胺、二丙胺、鄰硝基苯胺、間硝基苯胺、對硝基苯胺中的一種或幾種；所述的鉍前驅(qū)體為硫酸鉍、硝酸鉍或五水硝酸鉍、氯化鉍、醋酸鉍中的一種或幾種；所述的表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基磺酸鈉、聚乙烯吡咯烷酮中的一種或幾種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:噴霧系統(tǒng)的噴霧量為0.5?lmL/min ;霧化壓力為I?5MPa。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:所述的鉍前驅(qū)體為五水硝酸鉍；含氮碳源為縮二脲或二丙胺時；含氮碳源:五水硝酸鉍:表面活性劑質(zhì)量比為:0.2?0.5:0.3?0.8:0.1 ?0.3。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:含氮碳源:五水硝酸鉍:表面活性劑質(zhì)量比為為0.2:0.3?0.6:0.1?0.2。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的步驟(3)中將噴霧產(chǎn)物反復(fù)用丙酮和/或無水乙醇，以及去離子水洗滌3?5次，50?120°C真空干燥。7.由權(quán)利要求1?6所述的方法制得鈉離子電池鉍/摻氮碳球負極復(fù)合材料。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的負極復(fù)合材料，其特征在于:所述制得的鉍/摻氮碳球的大小為0.1?8 μπι。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的負極復(fù)合材料，其特征在于:所述的鉍/摻氮碳球，鉍的質(zhì)量百分含量為50?90% ;所述的鉍/摻氮碳球，氮含量為I?5wt.%。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的負極復(fù)合材料，其特征在于:所述的鉍/摻氮碳球，納米鉍顆粒均勾分布在摻氮碳球中，納米祕顆粒的大小為5?20nm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鈉離子電池鉍/摻氮碳球負極復(fù)合材料的制備方法。制備方法是將含氮碳源、鉍前驅(qū)體、表面活性劑和去離子水混合溶液噴霧熱解后經(jīng)洗滌干燥得到。本發(fā)明制備得到的復(fù)合材料中鉍納米顆粒均勻地分布在摻氮碳球中，鉍質(zhì)量含量高達50～90％。本發(fā)明的制備流程簡單、易操作、成本低、適于在工業(yè)上實施和大批量生產(chǎn)，制得的鈉離子電池負極具有質(zhì)量比容量高、倍率性能良好等優(yōu)點。
【IPC分類】H01M4/36, H01M4/587, H01M4/38, H01M10/054
【公開號】CN105024056
【申請?zhí)枴緾N201510310231
【發(fā)明人】張治安, 楊富華, 王冠超, 賴延清
【申請人】中南大學
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年6月5日