CN109909511B - 一种铋基空心纳米材料的制备方法及应用 - Google Patents

一种铋基空心纳米材料的制备方法及应用 Download PDF

Info

Publication number
CN109909511B
CN109909511B CN201910222755.9A CN201910222755A CN109909511B CN 109909511 B CN109909511 B CN 109909511B CN 201910222755 A CN201910222755 A CN 201910222755A CN 109909511 B CN109909511 B CN 109909511B
Authority
CN
China
Prior art keywords
solution
bismuth
copper
nano
nano material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910222755.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109909511A (zh
Inventor
张文华
刘妍
周斌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Chemical Material of CAEP
Original Assignee
Institute of Chemical Material of CAEP
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Chemical Material of CAEP filed Critical Institute of Chemical Material of CAEP
Priority to CN201910222755.9A priority Critical patent/CN109909511B/zh
Publication of CN109909511A publication Critical patent/CN109909511A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109909511B publication Critical patent/CN109909511B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

本发明公开了一种铋基空心纳米材料的制备方法及应用，制备方法包括以下步骤：将铜纳米材料溶于溶剂中得到第一溶液，将BiI3溶于溶剂中得到第二溶液，将所述第一溶液与所述第二溶液混合，反应一段时间后得到铋基空心纳米材料，所述溶剂为二甲基亚砜或N,N‑二甲基丙烯基脲。采用该方法制备得到的铋基空心纳米材料可以作为负极材料应用在钠离子电池或锂离子电池，其具有良好的倍率性能、超长的循环稳定性和较高的比容量。

Description

一种铋基空心纳米材料的制备方法及应用
技术领域
本发明涉及钠离子电池技术领域，具体涉及一种铋基空心纳米材料的制备方法及应用。
背景技术
近年来钠离子电池在大规模储能领域受到了学术界和工业界的广泛关注。电池性能强烈依赖于正极、负极、电解质以及它们之间的兼容性。其中负极材料是钠离子电池发展的关键因素。因此开发出用于可充电钠离子电池的高性能负极材料迫在眉睫。金属铋是很有潜力的钠离子电池负极材料之一,但是铋在储钠后会发生严重的体积膨胀，造成材料粉化，严重影响电池的稳定性。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明提供了一种铋基空心纳米材料的制备方法及应用，采用该方法制备得到的铋基空心纳米材料可以作为负极材料应用在钠离子电池或锂离子电池，其具有良好的倍率性能、超长的循环稳定性和较高的比容量。
为了达到上述技术效果，本发明提供了一种铋基空心纳米材料的制备方法，包括以下步骤：将铜纳米材料溶于溶剂中得到第一溶液，将BiI3溶于溶剂中得到第二溶液，将所述第一溶液与所述第二溶液混合，反应一段时间后得到铋基空心纳米材料，所述溶剂为二甲基亚砜或N,N-二甲基丙烯基脲。
进一步的技术方案为，所述铜纳米材料的形状为铜纳米颗粒、铜纳米线、铜纳米管、铜纳米锥或铜纳米立方块中的任意一种。
进一步的技术方案为，所述铜纳米颗粒的直径为2-500nm，所述铜纳米线的宽为2-500nm，长为1-1000μm；铜纳米管的直径为10-100nm，长为：1-1000μm；铜纳米锥的尺寸底部直径为50-150nm，尖端直径为：10-45nm，长度为1-10μm；铜纳米立方块直径为10-200nm。
进一步的技术方案为，所述第一溶液的浓度为0.01-500mg/mL。
进一步的技术方案为，所述第二溶液的配置方法为将BiI3溶于二甲基亚砜或N,N-二甲基丙烯基脲中，然后加入0-1mol/L的四丁基四氟硼酸铵，得到第二溶液，所述第二溶液的浓度为0.001-5mol/L。
进一步的技术方案为，所述空心纳米材料中铜与铋的摩尔比为1:0.5-5。
进一步的技术方案为，所述第一溶液与第二溶液的反应时间大于五分钟。
本发明还提供了一种铋基空心纳米材料的应用，将铋基空心纳米材料用于钠离子电池或锂离子电池的负极材料。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明将第一溶液和第二溶液混合后发生置换反应，同时由于铜物种向外扩散的速度快于铋向内的扩散速度从而形成管状结构，也就是所谓的Kirkendall效应。所制备的空心结构纳米材料，可以有效缓冲材料的体积膨胀，从而提高电池的性能，将铋基空心纳米材料作为负极材料应用在钠离子电池或锂离子电池中，该类材料用作钠离子或者锂离子电池的负极材料时，具有良好的倍率性能、超长的循环稳定性和较高的比容量。
附图说明
图1为铋纳米管的X射线衍射谱图；
图2为铋纳米管的透射电镜图；
图3铋纳米管负极钠离子电池的倍率性能示意图；
图4铋纳米管负极钠离子电池的循环稳定性示意图。
具体实施方式
以下实施例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。
实施例1
将粒径为2nm的铜纳米颗粒配制成10mg/mL的二甲基亚砜(DMSO)溶液(第一溶液)。然后配制含0.01mol/L四丁基四氟硼酸铵(TBABF4)的0.01mol/L BiI3DMSO溶液，铜/铋摩尔比为1:1.5(第二溶液)。将第一溶液和第二溶液在磁力搅拌器上混合后搅拌，搅拌速度为100转/分钟，反应0.5小时。将产物用乙醇洗涤、离心，通过真空干燥获得了空心铋纳米颗粒。将空心纳米颗粒、炭黑和羧甲基纤维素钠(CMC)按照质量比：7：2：1配置成浆料涂在铜箔上，与钠金属薄片组装成半电池，隔膜为玻璃纤维，电解液为1M NaPF6的二乙二醇二甲醚(diglyme)溶液，考察了电池的电化学性能，在100mA g-1电流密度下，容量为375mA h g-1。
实施例2
将粒径为100nm的铜纳米颗粒配制成20mg/mL的N,N-二甲基丙烯基脲(DMPU)溶液(第一溶液)。然后配制0.01mol/L BiI3DMPU溶液(第二溶液)。将第一溶液和第二溶液混合，铜/铋摩尔比为1:2，反应72小时。将产物用乙醇洗涤、离心，通过真空干燥获得了空心铋纳米颗粒。将空心铋纳米颗粒、炭黑和CMC按照质量比8：1：1配置成浆料涂在铜箔上，并与钠金属薄片组装成半电池，隔膜为玻璃纤维，电解液为1M NaPF6的diglyme溶液，测试了电池的电化学性能，在200mA g-1电流密度下，容量为321mA h g-1。
实施例3
将粒径为300nm的铜纳米颗粒配制成10mg/mL的DMSO(第一溶液)。然后配制BiI3DMSO溶液(第二溶液)，将第一溶液、第二溶液混合，铜/铋摩尔比为1:3，反应0.5小时。将产物用乙醇洗涤、离心，通过真空干燥获得了空心铋纳米颗粒。将空心铋纳米颗粒、炭黑和CMC按照质量比：8：1：1配置成浆料涂在铜箔上，与钠金属薄片组装成半电池，隔膜为玻璃纤维，电解液为1M NaPF6的diglyme溶液，测试了电池的电化学性能，在1000mA g-1电流密度下，容量为287mA h g-1。
实施例4
将直径为500nm的铜纳米颗粒配制成20mg/mL的DMSO(第一溶液)。然后配制含0.1mol/L四丁基四氟硼酸铵(TBABF4)的0.01mol/L BiI3DMSO(第二溶液)。将第一溶液、第二溶液在磁力搅拌器上混合后搅拌，搅拌速度为300转/分，钟铜/铋摩尔比为1:2，反应1小时。将产物用乙醇洗涤、离心，通过真空干燥获得了空心铋纳米颗粒。将空心铋纳米颗粒、炭黑和CMC按照质量比：8：1：1配置成浆料涂在铜箔上，与钠金属薄片组装成对称电池，隔膜为玻璃纤维，电解液为1M NaPF6的二甲醚(DME)溶液，测试了电池的电化学性能，在1000mA g-1电流密度下，容量为295mA h g-1。
实施例5
将直径为45nm的铜纳米线配制成5mg/mL的二甲基亚砜(DMSO)溶液(第一溶液)。然后配制含0.1mol/L四丁基四氟硼酸铵(TBABF4)的0.1mol/L BiI3DMSO溶液(第二溶液)。将第一溶液、第二溶液在磁力搅拌器上混合后搅拌，铜/铋摩尔比为1:2，搅拌速度为300转/分钟，反应2小时。将产物用乙醇洗涤、离心，通过真空干燥获得了铋纳米管，晶体结构如图1所示，为纯铋，未见其他物质的衍射峰，形貌如图2所示为管状，直径约为50nm。将铋纳米管、炭黑和CMC按照质量比7：2：1配置成浆料涂在铜箔上，与钠金属薄片组装成半电池，隔膜为玻璃纤维，电解液为1M NaPF6的DME溶液，测试了电池的电化学性能。图3为不同电流密度下电池的倍率性能：在100mA g-1、200mA g-1、600mA g-1、1000mA g-1、2000mA g-1、6000mA g-1、和10000mA g-1电流密度下的比容量分别为350mA h g-1、328mA h g-1、309mA h g-1、285mA hg-1、244mA h g-1、160mA h g-1和95mA h g-1，从图中可以看出当电流密度回到100mA g-1，可逆容量又恢复至起始电流密度下的容量350mAh g-1，证明电池具有良好的倍率性能。图4为电池的循环稳定性测试图，在1A g-1的大电流密度下1500次循环后，电池的容量仍保持有198mAh g-1，证明电池具有超长的循环稳定性。
实施例6
将直径为100nm的铜纳米线配制成15mg/mL的DMSO(第一溶液)。然后配制含0.5mol/L四丁基四氟硼酸铵(TBABF4)的0.2mol/L BiI3 DMSO(第二溶液)。将第一溶液、第二溶液在磁力搅拌器上混合后搅拌，铜/铋摩尔比为1：2，搅拌速度为600转/分钟，反应72小时。将产物用乙醇洗涤、离心，通过真空干燥获得了铋纳米管。将铋纳米管、炭黑和CMC按照质量比：7：1.5：1.5配置成浆料涂在铜箔上，与钠金属薄片组装成半电池，隔膜为玻璃纤维，电解液为1M NaPF6的diglyme溶液，测试了电池的电化学性能，在200mA g-1电流密度下，容量为330mA h g-1。
实施例7
将直径为100nm的铜纳米立方块配制成10mg/mL DMSO溶液(第一溶液)。然后配制含0.1mol/L四丁基四氟硼酸铵(TBABF4)的0.01mol/L BiI3DMSO溶液(第二溶液)。将第一溶液、第二溶液在磁力搅拌器上混合后搅拌，搅拌速度为450转/分钟，铜/铋摩尔比为1：2.5，反应2小时。将产物用乙醇洗涤、离心，通过真空干燥获得了空心铋纳米立方块。将空心铋纳立方块、炭黑和CMC按照质量比：7：2：1配置成浆料涂在铜箔上，与钠金属薄片组装成对称电池，隔膜为玻璃纤维，电解液为1M NaPF6的diglyme溶液，测试了电池的电化学性能，在1000mA g-1电流密度下，容量为275mA h g-1。
实施例8
将直径为50nm的铜纳米颗粒配制成5mg/mL的DMSO溶液(第一溶液)。然后配制含0.1mol/L四丁基四氟硼酸铵(TBABF4)的0.01mol/L BiI3DMSO溶液(第二溶液)。将第一溶液、第二溶液在磁力搅拌器上混合后搅拌，搅拌速度为300转/分钟，铜/铋摩尔比为1：2，反应24小时。将产物用乙醇洗涤、离心，通过真空干燥获得空心铋纳米颗粒。将空心铋纳米颗粒、炭黑和CMC按照质量比：7：2：1配置成浆料涂在铜箔上，与锂金属薄片组装成对称电池，隔膜为玻璃纤维，电解液为1M LiPF6的EC/DMC/EMC(体积比1：1：1)溶液，测试了电池的电化学性能，在1000mA g-1电流密度下，容量为282mA h g-1。
实施例9
将直径为50nm的铜纳米线配制成10mg/mL的DMPU(第一溶液)。然后配制含0.1mol/L四丁基四氟硼酸铵(TBABF4)的0.01mol/L BiI3DMPU(第二溶液)。将第一溶液、第二溶液在磁力搅拌器上混合后搅拌，搅拌速度为500转/分钟，铜/铋摩尔比为1：2，反应50小时。将产物用乙醇洗涤、离心，通过真空干燥获得铋纳米管。将铋纳米管、炭黑和CMC按照质量比：8：1：1配置成浆料涂在铜箔上，与锂金属薄片组装成对称电池，隔膜为玻璃纤维，电解液为1MLiPF6的EC/DMC/EMC(体积比1：1：1)溶液，测试了电池的电化学性能，在100mA g-1电流密度下，容量为383mA h g-1。
实施例10
将直径为150nm的铜纳米立方块配制成10mg/mL DMSO溶液(第一溶液)。然后配制含0.1mol/L四丁基四氟硼酸铵(TBABF4)的0.01mol/L BiI3DMSO溶液(第二溶液)。将第一溶液、第二溶液在磁力搅拌器上混合后搅拌，搅拌速度为400转/分钟，铜/铋摩尔比为1：3，反应20小时。将产物用乙醇洗涤、离心，通过真空干燥获得了空心铋纳米立方块。将空心铋纳立方块、炭黑和CMC按照质量比：7：2：1配置成浆料涂在铜箔上，与锂金属薄片组装成对称电池，隔膜为玻璃纤维，电解液为1M LiPF6的EC/DMC/EMC(体积比1：1：1)溶液，测试了电池的电化学性能，在200mA g-1电流密度下，容量为330mA h g-1。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (2)

1.一种铋基空心纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将铜纳米材料溶于溶剂中得到第一溶液，将BiI3溶于溶剂中得到第二溶液，将所述第一溶液与所述第二溶液混合，反应一段时间后得到铋基空心纳米材料，将铋基空心纳米材料用于钠离子电池或锂离子电池的负极材料，所述溶剂为二甲基亚砜或N,N-二甲基丙烯基脲，所述铜纳米材料的形状为铜纳米颗粒、铜纳米线、铜纳米管、铜纳米锥或铜纳米立方块中的任意一种，所述铜纳米颗粒的直径为2-500 nm；所述铜纳米线的宽为2-500 nm，长为1-1000 μm；所述铜纳米管的直径为10-100 nm，长为：1-1000 μm；所述铜纳米锥的尺寸底部直径为50-150 nm，尖端直径为：10-45 nm，长度为1-10 μm；铜纳米立方块直径为10-200 nm，所述第二溶液的配置方法为将BiI3溶于二甲基亚砜或N,N-二甲基丙烯基脲中，然后加入0-1 mol/L的四丁基四氟硼酸铵，得到第二溶液，所述第二溶液的浓度为0.001-5 mol/L，所述空心纳米材料中铜与铋的摩尔比为1:0.5-5，所述第一溶液与第二溶液的反应时间大于五分钟。
2.根据权利要求1所述的铋基空心纳米材料的制备方法，其特征在于，所述第一溶液的浓度为0.01-500 mg/mL。
CN201910222755.9A 2019-03-22 2019-03-22 一种铋基空心纳米材料的制备方法及应用 Active CN109909511B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910222755.9A CN109909511B (zh) 2019-03-22 2019-03-22 一种铋基空心纳米材料的制备方法及应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910222755.9A CN109909511B (zh) 2019-03-22 2019-03-22 一种铋基空心纳米材料的制备方法及应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109909511A CN109909511A (zh) 2019-06-21
CN109909511B true CN109909511B (zh) 2022-05-03

Family

ID=66966442

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910222755.9A Active CN109909511B (zh) 2019-03-22 2019-03-22 一种铋基空心纳米材料的制备方法及应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109909511B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112126814B (zh) * 2019-06-25 2022-02-11 国标（北京）检验认证有限公司 一种空心阴极铋灯阴极用铜铋合金及其制备方法
CN110330335A (zh) * 2019-07-19 2019-10-15 中国工程物理研究院化工材料研究所 铋基卤化物陶瓷材料、制备方法及x射线探测器
CN115178745B (zh) * 2022-06-08 2024-04-23 西南交通大学 一种多维锗纳米材料及其制备方法和应用

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110058046A (ko) * 2009-11-25 2011-06-01 한국화학연구원 Βｉ２Ｔｅ３ 나노튜브의 제조방법
JP2012102354A (ja) * 2010-11-08 2012-05-31 Furukawa Electric Co Ltd:The ナノサイズ粒子、ナノサイズ粒子を含むリチウムイオン二次電池用負極材料、リチウムイオン二次電池用負極、リチウムイオン二次電池、ナノサイズ粒子の製造方法
CN103754837A (zh) * 2013-12-17 2014-04-30 武汉工程大学 利用多孔氧化铋为模板制备含铋纳米空心球的方法
CN104710632A (zh) * 2014-09-23 2015-06-17 温州大学 一种聚乙二醇化的Cu3BiS3空心纳米球的制备方法
CN107146915A (zh) * 2017-04-10 2017-09-08 中山大学 一种多孔铋‑碳复合材料的制备方法
CN108400292A (zh) * 2018-01-24 2018-08-14 东北电力大学 一种铋单质纳米片复合电极的制备方法及其应用
CN109046231A (zh) * 2018-08-29 2018-12-21 合肥学院 一种超声波辅助水热合成法制备介孔硅酸铜铋纳米复合材料的方法及应用

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110058046A (ko) * 2009-11-25 2011-06-01 한국화학연구원 Βｉ２Ｔｅ３ 나노튜브의 제조방법
JP2012102354A (ja) * 2010-11-08 2012-05-31 Furukawa Electric Co Ltd:The ナノサイズ粒子、ナノサイズ粒子を含むリチウムイオン二次電池用負極材料、リチウムイオン二次電池用負極、リチウムイオン二次電池、ナノサイズ粒子の製造方法
CN103754837A (zh) * 2013-12-17 2014-04-30 武汉工程大学 利用多孔氧化铋为模板制备含铋纳米空心球的方法
CN104710632A (zh) * 2014-09-23 2015-06-17 温州大学 一种聚乙二醇化的Cu3BiS3空心纳米球的制备方法
CN107146915A (zh) * 2017-04-10 2017-09-08 中山大学 一种多孔铋‑碳复合材料的制备方法
CN108400292A (zh) * 2018-01-24 2018-08-14 东北电力大学 一种铋单质纳米片复合电极的制备方法及其应用
CN109046231A (zh) * 2018-08-29 2018-12-21 合肥学院 一种超声波辅助水热合成法制备介孔硅酸铜铋纳米复合材料的方法及应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Abnormal Photoelectric and Magnetic Properties of Three-Dimensional Super-Structure Sb Nanocages and One-Dimensional Nanowires;Wei Li et al.;《ECS Journal of Solid State Science and Technology》;20130117;第Q45-Q47页 *
Facile synthesis and formation mechanism of uniform antimony nanotubes;Xinwei，et al.;《Functional Materials Letters》;20170914;第1-4页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109909511A (zh) 2019-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109909511B (zh) 一种铋基空心纳米材料的制备方法及应用
CN100576610C (zh) 一种含硅复合材料及其制备方法
CN105047419B (zh) 二氧化锰/碳复合电极材料及其制备方法以及超级电容器
CN109244396A (zh) 多壁碳纳米管与普鲁士蓝类似物的复合材料
CN100383037C (zh) 一种碳材料/纳米硅复合材料及其制备方法和应用
CN106099096B (zh) 多孔碳支撑的四氧化三锰纳米颗粒复合材料及其制备方法
CN108232135A (zh) 一种锂硫电池正极材料及其制备方法
CN105591082A (zh) 一种纳米片状钛酸锂与多壁碳纳米管复合材料及其制备方法
CN111463026A (zh) 镍钴硫/碳纳米管复合材料及其制备方法和应用
CN110391400B (zh) 一种柔性自支撑硅/超长二氧化钛纳米管电极的制备方法
Xie et al. α-MnO2/CNTs with cross-linked reticular structure: Towards ultralong life zinc-ion batteries
CN109817965A (zh) 一种锑基空心纳米材料的制备方法及应用
CN110143863B (zh) 一种锂离子电池管状草酸锰负极材料及其制备方法
CN111668472A (zh) 硅基复合负极材料及其制备方法和锂离子电池
Yu et al. Facile synthesis of the SnO2@ OCNTs (open-tips carbon nano tubes) composite with superior cyclability for Li-ion batteries
CN112044372B (zh) 一种空心二氧化钛@碳复合微球及其制备方法
Liang et al. Ultrafine SnO2 coated by wheat straw-derived carbon used as anode for high-performance lithium ion batteries
CN111533115B (zh) 一种高容量高循环效率的硅基/石墨烯纳米带复合材料及其制备方法
CN111370678B (zh) 一种改性包覆锂电池用磷酸铁锂材料的制备方法
CN114974916A (zh) 一种纤维状MXene负载NiCoS复合材料及其制备方法和应用
CN115036502A (zh) 基于ZnCo2O4/中空碳纳米环制备钠离子电池负极材料的方法及应用
CN110655112B (zh) 一种水系电池的锰氧化物正极材料及其制备方法和应用
CN110021737A (zh) 硅碳负极材料及其制备方法、锂离子电池
CN114361427A (zh) 碳纳米管包覆硅负极材料的方法
CN110380028A (zh) 一种CNT/MoS2锂离子电池负极材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant