[发明专利]一种锂离子电池负极材料Bi/Bi2

说明书

本发明涉及一种锂离子电池负极材料Bi/Bi₂O₃/C及其制备和应用，属于无机材料制备和纳米能源领域。本发明主要包括两个部分内容：(1)首先将铋盐溶解在混合溶剂中，然后加入有机酸配位剂，通过溶剂热法合成铋的配合物；(2)在保护气的作用下，热处理步骤(1)所制备的铋的配合物，得到Bi/Bi₂O₃/C复合材料。在100mA/g的电流密度下，Bi/Bi₂O₃/C复合材料的首次放电比容量可达352mAh/g。本发明的Bi/Bi₂O₃/C复合材料的制备方法简单易行，将配体热解产生的纳米碳和Bi与Bi₂O₃紧密地结合在一起，有利于增加活性位点、提高材料的导电性和稳定性，Bi/Bi₂O₃/C复合材料作为锂离子电池负极材料，在20～100次循环之间，比容量基本维持在220mAh/g左右。Bi/Bi₂O₃/C复合材料在锂离子电池负极材料中有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于无机材料制备和纳米能源领域，具体涉及一种锂离子电池负极材料Bi/Bi₂O₃/C及其制备和应用。

背景技术

氧化铋(Bi₂O₃)是一种重要的功能材料，由于其具有特殊的物理性质，因此被广泛应用于光电转换材料、高温超导材料和电子陶瓷材料等。此外，Bi₂O₃还可用于化学试剂、防火材料、高折光率玻璃、核工程玻璃制造和核反应堆燃料等方面。由于氧化铋具有优异的电化学稳定性、较好的氧化还原可逆性，因此，氧化铋被认为是一种潜在的电极材料。为了获得具有高能量密度和长循环稳定性的电池，迫切需要开发具有优异性能的负极材料。金属铋由于氧化还原反应的可逆性高和电位窗口宽，而受到科技工作者的广泛关注。然而，目前报导的铋负极的比容量和稳定性都不是令人十分满意。因此，有必要开发 Bi基复合物或杂化物来提高Bi负极的性能。

《ChemPlusChem》2015年80卷第1000-1006页公开了一篇《Bi₂O₃@reduced grapheneoxide nanocomposite:an anode material for sodium-ion storage》。论文中作者首先在搅拌下，将Bi(NO₃)₃·5H₂O、 CTAB加入氧化石墨烯分散液中，然后逐滴加入NaBH₄，经过滤、干燥得到Bi₂O₃@RGO复合物，然后将其用作电池的负极材料。在350 mA/g电流密度下，经200次循环容量保留率只有70.2％。虽然该方法制备的Bi₂O₃@RGO复合物表现出较高的比容量，但循环稳定性差，不利于实际应用。

到目前为止，未见有文献报导用Bi/Bi₂O₃/C复合材料作为锂离子电池负极材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池负极材料Bi/Bi₂O₃/C及其制备和应用。通过一步热解铋-有机酸配合物，得到Bi/Bi₂O₃/C复合材料，有利于提高复合材料的导电性和活性位点数量，从而进一步提高其性能。该方法工艺简单，操作简便，条件温和，适用于工业化生产。

具体技术方案如下：

本发明提供一种锂离子电池负极材料Bi/Bi₂O₃/C的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将铋盐溶解在溶剂中，然后加入有机酸配位剂，形成反应混合液；