[发明专利]一种纳米铋/碳复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及纳米复合材料，特别涉及一种纳米铋/碳的复合材料及其制备方法。以各种碳材料为基底，以硝酸铋、氯化铋、硫酸铋、乙酸铋、柠檬酸铋等为铋源，以含有机络合剂的水、乙二醇、丙二醇或其混合物为溶剂，以硼氢化钠、硼氢化钾、水合肼等为还原剂。通过吸附‑热分解‑还原法得到了一种纳米铋和碳的复合物，所述方法是通过将含铋离子的溶液吸附在碳材料的表面，滤去多余的溶液，在干燥并热处理之后得到氧化铋/铋与碳的复合物，并最终通过还原反应得到纳米铋/碳复合材料。此方法所得的复合材料中金属铋颗粒以纳米尺寸均匀分布在碳颗粒的表面，避免了传统的铋还原方法会造成大量铋团聚的现象发生。

技术领域

本发明公开了一种纳米铋/碳复合材料及其制备方法，属于材料制备领域，特别设计纳米复合材料及其制备。

背景技术

碱性水系锌基电池，如锌锰、锌镍、锌空气电池等因使用不会燃烧的水系电解液，相对锂离子电池来说具有更高的安全性。近年来，以锌镍、锌空气电池为代表的可以循环使用的二次水系电池受到了人们的广泛关注。

水系锌基电池的负极往往对电池的容量大小、工作电压、电能效率、充放电功率、可循环性、贮存性能等都有很大影响。人们通常将锌负极制备成锌粉、锌粒、锌球、锌片、锌丝等结构，以增大锌负极材料的比表面积，同时，为了提高负极的电导率，又向其中加入导电碳、乙炔黑、石墨粉等导电从而使电池性能有所提高。然而，碳材料的存在使得其与锌形成了微电池，造成碳表面发生析氢，锌表面发生自放电反应，另外在充电时，低析氢过电位的碳表面会发生剧烈的析氢反应，这种副反应会消耗负极的活性物质从而降低电池容量，更严重的是，这会使电池内部出现大量的氢气气泡，从而导致电池报废。

为了解决这一问题，人们将高析氢过电位的金属铋添加到锌负极以抑制锌负极表面的析氢反应。添加的方法通常为直接在锌负极中混入铋或氧化铋粉末，或者使用含铋的锌合金作为活性物质。然而直接混合铋粉末无疑无法保证铋在锌负极中的均匀分布，而由于在充放电过程中负极中的锌会经历锌-锌酸根离子-氧化锌或氢氧化锌的转变，锌铋合金不可能稳定存在，因此，这些方法无法保证铋在电极中的分布，更无法保证其对碳颗粒表面析氢反应的有效抑制。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，公布了一种纳米铋/碳复合材料及其制备方法。具体采用的技术方案如下：

本发明一种纳米铋/碳复合材料，所述纳米铋/碳复合材料中，铋颗粒大小为5-900nm。产物中铋颗粒所占比重为0.01-98wt％，纳米级铋颗粒均匀分布在碳材料的一次颗粒表面以及二次颗粒缝隙中，没有出现大量金属铋团聚的现象。

本发明一种纳米铋/碳复合材料制备的方法；包括下述步骤：

步骤一

将碳材料加入溶液A中；搅拌；固液分离，干燥固体，得到备用料；所述溶液A中溶解有铋源和络合剂；

步骤二

在保护气氛下，对步骤一所得备用料进行加热处理至200-500℃；恒温；得到热处后的备用料；

步骤三

将步骤二所得热处后的备用料置于溶液B中，往溶液B加入还原剂，通过液相还原法还原得到纳米铋/碳复合材料；所述溶液B中不含络合剂。

用所得纳米铋/碳复合材料替代步骤一中的碳材料；按步骤一、步骤二、步骤三的顺序循环操作N次后，得到锡含量大于等于35wt％的纳米铋/碳复合材料；所述N大于等于5。

本发明一种纳米铋/碳复合材料制备的方法；所述溶液A通过下述步骤制备