[发明专利]一种具有高稳定性结构的碲化铋锑/石墨烯钾离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有高稳定性结构的碲化铋锑/石墨烯钾离子电池负极材料及其制备方法，是通过一步水热法制得，该材料具有三明治层状堆叠结构，是在石墨烯层间修饰有Bi_0.4Sb_1.6Te₃纳米颗粒。本发明的制备方法简单快捷，所得产物表现出优异的钾离子存储比容量、大电流充放电性能以及循环稳定性能。

技术领域

本发明涉及一种具有高稳定性结构的碲化铋锑/石墨烯复合材料的制备方法及其作为钾离子电池负极材料的应用，属于碳基纳米材料领域。

背景技术

锂资源的日益萎缩和价格增长，已严重制约能源市场的可持续发展，因此，亟需一种新型储能系统作为替代。钾离子电池(PIBs)以其更丰富的储量、低廉的价格以及与锂相近的理化性质和标准电势备受青睐，然而，K⁺过大的尺寸却极易导致电极动力学迟缓和体积膨胀加剧，造成PIBs寿命和倍率性过差，难以满足市场要求。因此，开发高动力学和稳定特性的新型PIBs电极成为了当前研究的热点。Bi_0.4Sb_1.6Te₃作为一种原子级二维层状类石墨烯结构材料，相比于传统过渡金属基电极，其储钾比容量更高(～385/666mAhg^–1基于合金化反应K₃Bi和K₃Sb)、晶面间距更大、价格更低廉且无毒性。不仅如此，其较高的充放电平台可以避免K枝晶形成，相比于传统石墨电极又更具安全性，作为钾离子电池负极材料实用性更高。但是，Bi_0.4Sb_1.6Te₃作为PIBs负极依然受限于体积膨胀、可溶性中间体穿梭以及大尺寸K⁺所带来的动力学和稳定性难题。因此，通过材料的进一步改性提高Bi_0.4Sb_1.6Te₃负极材料的稳定性和动力学性能，实现高性能钾离子电池具有重要意义。

发明内容

本发明旨在提供一种制备方法简单、结构新颖且具有高稳定性结构的碲化铋锑/石墨烯钾离子电池负极材料及其制备方法，以提高钾离子电池的稳定性和动力学性能。

本发明为解决技术问题，采用如下技术方案：

本发明公开了一种具有高稳定性结构的碲化铋锑/石墨烯钾离子电池负极材料，其具有三明治层状结构，是在石墨烯层间修饰有Bi_0.4Sb_1.6Te₃纳米颗粒。

本发明所述具有高稳定性结构的碲化铋锑/石墨烯钾离子电池负极材料的制备方法，步骤如下：

步骤1、将氧化石墨烯分散液超声分散均匀，然后加入BiCl₃的硝酸溶液、SbCl₃及酒石酸并搅拌至溶解，再加入Na₂TeO₃、氨水和水合肼并继续搅拌2～5h，获得混合反应液；

步骤2、将步骤1所得混合反应液倒入反应釜中，180℃反应5～7h，然后离心收集反应沉淀物，再经洗涤、真空干燥，即获得碲化铋锑/石墨烯钾离子电池负极材料。

作为优选，步骤1中，氧化石墨烯、BiCl₃、SbCl₃、酒石酸、Na₂TeO₃、氨水和水合肼的用量比为7.5～12.5mg：5～7mg：17～19mg：0.3～0.5g：31～34mg：17～22mL：8～10mL。

作为优选，步骤1中，所述氧化石墨烯分散液的浓度为1.5～2.5mg mL^–1。

作为优选，步骤1中，所述BiCl₃的硝酸溶液是按如下方法获得：称取5～6.5mg的BiCl₃溶解于40～50μL质量分数为68％的浓HNO₃中。