[发明专利]一种锑/碳纳米纤维柔性材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种锑/碳纳米纤维柔性材料及其制备方法和应用，首先采用沉淀法合成含锑纳米颗粒，之后将聚丙烯腈溶于N,N‑二甲基甲酰胺并加入一定量的含锑纳米颗粒混合均匀形成静电纺丝液，经静电纺制成纳米纤维。纳米纤维经预氧化，并在氩气气氛中高温煅烧得到锑/碳纳米纤维。该方法简单易控，合成的纳米纤维尺寸均匀，物理强度高，碳材料可有效包覆锑材料，在无粘结剂和导电剂的条件下表现出良好的电化学性能，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于钠离子电池及其制备技术领域，具体涉及一种锑/碳纳米纤维柔性材料及其制备方法和在钠离子电池中的应用。

背景技术

静电纺丝是一种制备纳米材料的简单方法。静电纺丝制备的碳纳米纤维具有较好的导电性和高额长径比，且可形成柔性纤维布。此种高导电性柔性纤维是负载活性物质的理想材料。

近年来，钠离子电池因其与锂离子电池具有相似的工作原理、丰富的钠资源及低廉的成本，有可能成为锂离子电池的有效替代品。但是由于现有锂离子电池碳基材料层间距较小，无法应用于钠离子电池。因此，研究开发具有良好储钠性能的负极材料对钠离子电池的发展具有重要作用。

锑作为钠离子负极材料时，在充电过程中锑可与钠发生合金化反应形成Na₃Sb，具有较高的理论比容量(660mAh/g)，被认为是一种具有较大发展前景的负极材料。但是钠离子电池在充放电过程中具有较大的体积膨胀、较低的导电性，因此循环稳定性较差。为了解决以上问题，本发明提供了一种合成锑/碳复合纳米纤维的方法，该方法过程简单，易控制，合成的产物结构形貌稳定，可有效抑制和缓冲体积膨胀，且制得的纤维布可直接用于电池装配，无需粘结剂和导电剂，具有良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种锑/碳纳米纤维柔性材料的制备方法。该方法简单易控，合成的纳米纤维尺寸均匀，物理强度高，碳材料可有效包覆锑材料，表现出良好的电化学性能，具有很好的应用前景。

本发明锑/碳纳米纤维柔性材料的制备方法：首先采用沉淀法制备出含锑纳米颗粒，再将聚丙烯腈溶于N,N-二甲基甲酰胺并加入一定量的含锑纳米颗粒混合均匀形成静电纺丝液，经静电纺制成纳米纤维或者纤维布(在静电纺丝过程中用滚筒接收在铝箔上，因为纺丝时间较长，接收后铝箔上就能得到纤维布。)；经预氧化固化和在惰性气体中煅烧后得到锑/碳纳米纤维。

具体包括以下步骤：

(1)把可溶性锑盐与咪唑类有机物分别溶于醇有机溶剂中，之后将两者混合并在一定温度下静置一段时间，所得产物离心、清洗、干燥；

(2)将聚丙烯腈溶于N，N-二甲基甲酰胺中，并加入步骤(1)所得产物含锑纳米颗粒，经混合后形成均匀静电纺丝液。

(3)将静电纺丝液进行电纺，得到静电纺丝纳米纤维，或者将静电纺丝纳米纤维进行织造，得到静电纺丝纳米纤维布；

(4)将静电纺丝纳米纤维或者将静电纺丝纳米纤维布进行织造，得到的静电纺丝纳米纤维布，预氧化处理后，在惰性气氛中煅烧，得到锑/碳纳米柔性材料。

所述的制备方法，步骤(1)所述的可溶性锑盐为氯化锑、硝酸锑中的一种或两种；优选氯化锑。所述的咪唑类有机物为二甲基咪唑、四甲基咪唑、一甲基咪唑中的一种或几种，优选二甲基咪唑。

所述的制备方法，步骤(1)所述的可溶性锑盐加入量为0.01mol/L～2mol/L；所述的咪唑类有机物加入量为0.01mol/L～10mol/L。可溶性锑盐与咪唑类有机物的摩尔浓度比为1:1～1:10。优选可溶性锑盐浓度0.01mol/L～1mol/L，进一步优选可溶性锑盐浓度为0.02mol/L，优选咪唑类有机物的浓度为0.05～2mol/L，进一步优选咪唑类有机物浓度为0.1mol/L。

所述的制备方法，步骤(1)所述的醇有机溶剂为：甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇中的一种或几种；优选甲醇。