[发明专利]聚离子液体负载高分散纳米锑基钾离子电池负极材料及制备方法

说明书

本发明提供了一种聚离子液体负载高分散纳米锑基钾离子电池负极材料及制备方法，所述负极材料中锑纳米颗粒均匀分散在聚离子液体网络结构中，聚离子液体由小分子离子液体交联聚合得到，锑纳米颗粒由氯化锑还原得到，锑纳米颗粒的粒径为5~10nm。本发明采用乙烯基功能化咪唑鎓离子液体、二乙烯苯、三氯化锑、偶氮二异丁腈为原料，采用无水乙醇为溶剂，硼氢化钠为还原剂，用自由基引发聚合法并还原制备了聚离子液体负载高分散纳米锑基钾离子电池负极材料。

技术领域

本发明涉及无机储能材料技术领域，具体涉及一种聚离子液体负载高分散纳米锑基钾离子电池负极材料及制备方法。

背景技术

锂离子电池被广泛应用于便携式设备、新能源汽车、大规模储能等，然而这将超出锂资源的开采限度，而钾元素地壳丰度远大于锂且电化学电势低，使得钾离子电池在储能领域具有广阔的发展前景。锑是钾离子电池重要的负极材料，然而由于钾离子较大的半径导致锑在充放电过程中体积变化大（约400%），容量衰减快，限制了其在钾离子电池中的应用。

目前制备的锑基钾离子电池负极材料存在活性材料颗粒较大，充放电过程中易粉化的问题，同时锑在复合材料中的分散性较差，不能充分利用材料的理论比容量。迄今报道的具有较好储钾性能的制备方法普遍存在着工艺复杂，难以规模化制备等问题，因此，有必要开发工艺简单的高分散锑基纳米材料用于钾离子电池的负极材料。

发明内容

本发明提出了一种聚离子液体负载高分散纳米锑基钾离子电池负极材料及制备方法，锑纳米颗粒均匀分散于聚离子液体内部，该负极材料应用于钾离子电池循环性能得到了改善。

实现本发明的技术方案是：

一种聚离子液体负载高分散纳米锑基钾离子电池负极材料，所述负极材料中锑纳米颗粒均匀分散在聚离子液体网络结构中，聚离子液体由小分子离子液体交联聚合得到，锑纳米颗粒由氯化锑还原得到，锑纳米颗粒的粒径为5~10nm。

所述小分子离子液体为咪唑鎓离子液体。

所述的聚离子液体负载高分散纳米锑基钾离子电池负极材料的制备方法，步骤如下：

（1）将咪唑鎓离子液体、交联剂、三氯化锑溶解于无水乙醇中，充分搅拌混匀一段时间，得到混合液；

（2）然后向步骤（1）的混合液中加入引发剂，油浴加热并搅拌，自由基引发聚合反应得到块状固体材料；

（3）将硼氢化钠溶液滴入步骤（2）的块状固体材料中，常温搅拌反应，还原得到黑色固体粉末材料；

（4）将所得黑色固体粉末材料用去离子水浸泡洗涤后在真空箱中干燥，研磨均匀，得到聚离子液体负载高分散纳米锑基负极材料。

所述步骤（1）中咪唑鎓离子液体的阳离子为含乙烯基功能基团的咪唑鎓类，阴离子为卤素阴离子、羧酸根、硝酸根或硫酸根的至少一种。

所述阳离子的3-取代基为甲基、乙基、丁基、己基、辛基、羟乙基、二羟丙基、含羟基或醚键的长链取代基中的至少一种。

所述步骤（1）中交联剂为二乙烯苯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、双乙烯基咪唑鎓离子液体中的至少一种，步骤（2）中引发剂为偶氮二异丁腈。

所述咪唑鎓离子液体、交联剂、三氯化锑和引发剂的质量比为（1~3）:（0.5~3）：3：1。

所述步骤（1）中无水乙醇的加入量占混合溶液总质量的60~80 %，搅拌混匀的时间为1~5 h。

所述步骤（2）中油浴温度为65~100 ℃，加热搅拌时间为5~15h；步骤（3）中还原反应温度为20~30 ℃，常温搅拌反应时间为3~5 h；步骤（4）中真空干燥温度为60~90 ℃，干燥时间为5~10h。

本发明的有益效果是：