CN114899388A - 一种铋烯/石墨烯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铋烯/石墨烯复合材料及其制备方法和应用，将金属铋粉加入溶剂得到混合液；将混合液于冰水浴中超声、离心收集上清液；往上清液中加入还原剂，离心、洗涤，真空冷冻干燥，得到纯相的铋烯纳米片；将得到的铋烯分散到除氧的去离子水中，与氧化石墨烯混合，超声分散均匀，进行真空过滤抽膜；所得薄膜放入反应釜内衬中，加入还原剂反应，得到铋烯/石墨烯复合材料。复合材料中二维铋烯具有超薄的片层结构，铋烯厚度为0.5‑2nm，与石墨烯复合成膜，疏松多孔。所得到的复合材料比表面积大，可与电解液充分接触浸润，且复合材料优异的柔韧性，可以缓解金属铋在充放电过程中的体积膨胀，提高材料的倍率性能和循环稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种铋烯/石墨烯复合材料及其制备方法和应用，属于钾离子电池技术领域。
背景技术
最近这二十年，锂离子电池行业得到飞速发展，很多人关注并研究锂离子电池。人们的生活充满各种锂离子电池，如：手机、汽车、玩具等。然而，锂资源在全球的分布十分不均匀（主要集中在南美洲），且锂资源的丰量也不高。这就导致锂资源价格越来越高，使其储能领域的优势越来越不明显。正是这样种种原因，导致越来越多的人转而研究与锂同一主族的钾。K/K+的还原电势低，电池电压和电池能量密度大；K+与溶剂分子相互作用较弱，溶剂化钾离子拥有更小的Stokes半径，使K+在电解质溶液中扩散速率快和摩尔电导率良好。钾离子电池开始逐步替代锂离子电池，成为储能领域的新发展方向。合金型电极具有理论比容量高的优点，受到研究人员的关注。人们对二维材料的研究，逐渐从二硫化物向第五主族拓展。其中，合金型负极材料铋（Bi）就具有382mAhg-1的理论比容量。但在铋合金化/去合金化的过程中，铋的体积膨胀问题突出，易导致活性物质粉化，脱落，造成电池循环稳定性大幅度降低。
中国的铋储量居于世界第一，中国对铋具有绝对优势。铋作为安全的“绿色金属”，可用于医药、化工、电子等领域。铋烯的低热导率的因素，可用于热电材料。铋烯具有皱褶的层状晶体结构，由六元环组成，较大的层间通道（3.979 Å）有利于半径大的离子脱嵌。可通过铋烯的方法，解决铋锑基膨胀巨大的问题，进而提高电池性能。并且，至今还没有一种合成简单，易操作的制备钾离子电池负极材料的方法，且这可为制备其他负极材料提供参考价值。
发明内容
针对现有技术中存在的问问题，本发明提供一种铋烯/石墨烯复合材料及其制备方法和应用，铋烯/石墨烯复合材料呈膜状，材料疏松多孔且具柔韧性，可以有效缓解铋在充放电过程中的体积膨胀，增大与电解液的接触面积，大幅度提高电池电化学性能。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种铋烯/石墨烯复合材料的制备方法，步骤如下：
（1）将金属铋粉先置于容器中，加入溶剂在冷水浴中进行超声波粉碎，然后离心收集上清液；
（2）为了得到纯相的铋烯纳米片，往步骤（1）得到的上清液中加入还原剂，并不断搅拌，然后离心、洗涤，真空冷冻干燥得到铋烯；
（3）将步骤（2）得到的铋烯分散到除氧的去离子水中，与氧化石墨烯混合，超声分散均匀，进行真空过滤抽膜得到薄膜；
（4）将抽滤所得薄膜放入反应釜内衬中，然后加入还原剂进行反应，得到铋烯/石墨烯复合材料。
步骤（2）加还原剂，是因为铋金属粉在进行超声粉剥片时，会发生氧化，Bi转化为BiOx。步骤（3）将铋烯分散在除氧的去离子水中，也是为了防止铋烯被氧化。
进一步，所述步骤（1）中以0.5g金属铋粉为基准，转移到容器中加入200 mL溶剂，超声时间：8-30h。所述溶剂为去离子水、N-甲基吡咯烷酮的一种或两种的混合物，离心转速为300-2000 rpm。
进一步，所述步骤（2）中的还原剂为水合肼、硼氢化钠、甲醛、乙二醇、抗坏血酸、异丙醇、葡萄糖的一种或几种以上的混合物。还原剂的用量以溶液颜色变黑并微过量为终点。
进一步，所述步骤（2）中的离心转速为3000-20000 rpm，洗涤所用的洗涤剂为去离子水或乙醇。
进一步，所述步骤（3）中除氧的去离子水采用通10min的Ar或N2去除水中的氧气制成，铋烯与氧化石墨烯的质量比为（2-5）:1，超声时间为4-10h。铋烯和石墨烯需要真空干燥。
进一步，步骤（4）中薄膜与还原剂的质量比为1：（1-4）。
进一步，步骤（4）中反应温度为80-150℃，反应时间为8-18h。
进一步，步骤（4）中还原剂为水合肼、硼氢化钠、甲醛、乙二醇、抗坏血酸、异丙醇、N-甲基吡咯烷酮、葡萄糖的一种或几种以上的混合物。
本发明所述的制备方法制得的铋烯/石墨烯复合材料，复合材料中二维铋烯具有超薄的片层结构，铋烯厚度为0.5-2 nm，与石墨烯复合成膜，疏松多孔。
本发明所述的铋烯/石墨烯复合材料作为钾离子电池负极材料的应用。
本发明的有益效果是：
（1）通过此法得到的复合材料疏松多孔，有利于负极材料和电解液充分接触、浸润。可通过制备厚度薄、比表面积大和柔韧性优良的铋烯/石墨烯材料有效缓解金属铋在充放电过程中的体积膨胀，解决负极材料粉化问题，提高了材料的电化学性能。
（2）本发明制备的铋烯/石墨烯材料大小分散均匀，结构完整，颗粒尺寸相近。
（3）本发明制备的方法相较于其他方法，铋烯的厚度更加薄。
（4）不再额外需要集流体，可作为自支撑电极。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是实施例1制备的铋烯的X射线衍射图。
图2是实施例1制备的铋烯/石墨烯的X射线衍射图。
图3是实施例1制备的铋烯的扫描电镜图。
图4是实施例1制备的铋烯/石墨烯的原子力显微镜图。
图5是实施例1制备的铋烯的元素分布图。
图6是实施例1制备的铋烯/石墨烯复合材料的元素分布图。
图7是实施例1制备的铋烯/石墨烯复合材料的数码图片。
图8实施例1制备的铋烯/石墨烯复合材料的循环性能曲线。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例铋烯/石墨烯复合材料负极材料的制备步骤如下：
（1）将0.5g金属铋粉先置于容器中，加入200 mL去离子水并在冷水浴中进行超声30h，然后在500rpm下离心，收集上清液；
（2）往步骤（1）中得到的上清液中加入17.5mL的还原剂硼氢化钠溶液，并不断搅拌直至溶液不再变色；
（3）将步骤（2）中的液体进行10000rpm离心、并分别用去离子水和无水乙醇洗涤2次，真空冷冻干燥；
（4）将Ar通入去离子水中10min去除水中氧气，往已除氧的去离子水中加入步骤（3）所得到的铋烯，并将氧化石墨烯和铋烯以质量比1:4的比例进行混合，超声分散5h，进行真空过滤抽膜，并对铋烯/石墨烯进行真空干燥；
（5）将抽滤所得薄膜放入反应釜内衬中，然后加入水合肼，按照薄膜和水合肼1:2的质量比确定水合肼的用量。在80℃下反应10小时，得到目标产品。
对实施例1中的样品分别进行形貌和电化学性能的分析测试，结果显示，制备出的样品表现出优异的电化学性能。
如图3所示，制备的铋烯，具有超薄的片层结构，大的比表面积，有利于电解液和负极材料充分接触、浸润，有效缓解电池在充放电过程中的体积膨胀。
如图4所示，制备的铋烯具有超薄的片层结构，厚度在0.5-2纳米。
如图6所示，所制备的铋烯/石墨烯复合材料中铋和碳分布均匀，有利于电子传导和缓解体积膨胀。
如图7所示，所制备的铋烯/石墨烯复合材料的柔韧性很好，有利于缓解体积膨胀问题。
图8为所制备的铋烯/石墨烯复合材料作为自支撑的钾离子电池负极的循环性能曲线。测试结果显示：在0.01-3.0 V电压区间，1A g-1电流密度下，电极材料的初始可逆比容量为224.9mA h g-1，经过500次充放电循环后，容量保持率为93.5%，材料表现出优异的循环性能。
实施例2
本实施例铋烯/石墨烯复合材料负极材料的制备步骤如下：
（1）将0.5g金属铋粉先置于容器中，加入200 mL去离子水并冷水浴进行超声25h，然后在1000rpm下离心，收集上清液；
（2）往步骤（1）中得到的上清液中加入15mL的还原剂硼氢化钠溶液，并不断搅拌直至溶液不再色；
（3）将步骤（2）中的液体进行8000rpm离心、并分别用去离子水和无水乙醇洗涤2次，真空冷冻干燥；
（4）将Ar通入去离子水中20min去除水中氧气，往已除氧的去离子水中加入步骤（3）所得到的铋烯，并将氧化石墨烯和铋烯以质量比1:3的比例进行混合，超声分散7h，进行真空过滤抽膜，并对铋烯/石墨烯进行真空干燥；
（5）将抽滤所得薄膜放入反应釜内衬中，然后加入乙二醇，按照薄膜和乙二醇1:2的质量比确定乙二醇的用量。在100℃下反应10小时，得到目标产品。
对实施例2中的样品分别进行形貌和电化学性能的分析测试，结果显示，制备出的样品表现出优秀的容量保持能力，表现出较好的电化学性能。
实施例3
本实施例铋烯/石墨烯复合材料负极材料的制备步骤如下：
1）将0.5g金属铋粉先置于容器中，加入200 mLN-甲基吡咯烷酮并进行冷水浴超声30h，然后在800rpm下离心，收集上清液；
（2）往步骤（1）中得到的上清液中加入20mL的还原剂水合肼，并不断搅拌直至溶液不再变色；
（3）将步骤（2）中的液体进行5000rpm离心、并分别用去离子水和无水乙醇洗涤2次，真空冷冻干燥；
（4）将N2通入去离子水中10min去除水中氧气，往已除氧的去离子水中加入步骤（3）所得到的铋烯，并将氧化石墨烯和铋烯以质量比1:5的比例进行混合，超声分散7h，进行真空过滤抽膜，并对铋烯/石墨烯进行真空干燥；
（5）将抽滤所得薄膜放入反应釜内衬中，然后加入异丙醇，按照薄膜和异丙醇1:2的质量比确定异丙醇的用量。在150℃下反应15小时，得到目标产品。
对实施例3中的样品分别进行形貌和电化学性能的分析测试，结果显示，制备出的样品表现出优秀的容量保持能力，表现出较好的电化学性能。
实施例4
本实施例铋烯/石墨烯复合材料负极材料的制备步骤如下：
1）将0.5g金属铋粉先置于容器中，加入200mL N-甲基吡咯烷酮并进行冷水浴超声10h，然后在500rpm下离心，收集上清液；
（2）往步骤（1）中得到的上清液中加入30mL的还原剂硼氢化钠，并不断搅拌直至溶液不再变色；
（3）将步骤（2）中的液体进行10000rpm离心、并分别用去离子水和无水乙醇洗涤2次，真空冷冻干燥；
（4）将N2通入去离子水中10min去除水中氧气，往已除氧的去离子水中加入步骤（3）所得到的铋烯，并将氧化石墨烯和铋烯以质量比1:2的比例进行混合，超声分散10h，进行真空过滤抽膜，并对铋烯/石墨烯进行真空干燥；
（5）将抽滤所得薄膜放入反应釜内衬中，然后加入甲醛，按照薄膜和甲醛1:1的质量比确定甲醛的用量。在80℃下反应6小时，得到目标产品。
对实施例4中的样品分别进行形貌和电化学性能的分析测试，结果显示，制备出的样品表现出优秀的容量保持能力，表现出较好的电化学性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种铋烯/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
（1）将金属铋粉先置于容器中，加入溶剂在冷水浴中进行超声波粉碎，然后离心收集上清液；
（2）往步骤（1）得到的上清液中加入还原剂，并不断搅拌，然后离心、洗涤，真空冷冻干燥得到铋烯；
（3）将步骤（2）得到的铋烯分散到除氧的去离子水中，与氧化石墨烯混合，超声分散均匀，进行真空过滤抽膜得到薄膜；
（4）将抽滤所得薄膜放入反应釜内衬中，然后加入还原剂进行反应，得到铋烯/石墨烯复合材料。
2.根据权利要求1所述的铋烯/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中以0.5g金属铋粉为基准，转移到容器中加入200 mL溶剂，超声时间：8-30h；所述溶剂为去离子水、N-甲基吡咯烷酮的一种或两种的混合物，离心转速为300-2000 rpm。
3.根据权利要求1所述的铋烯/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中的还原剂为水合肼、硼氢化钠、甲醛、乙二醇、抗坏血酸、异丙醇、葡萄糖的一种或几种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述的铋烯/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中的离心转速为3000-20000 rpm，洗涤所用的洗涤剂为去离子水或乙醇。
5.根据权利要求1所述的铋烯/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中除氧的去离子水采用通10min的Ar或N2去除水中的氧气制成，铋烯与石墨烯的质量比为（2-5）:1，超声时间为4-10h。
6.根据权利要求1所述的铋烯/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中薄膜与还原剂的质量比为1：(1-4)。
7.根据权利要求1所述的铋烯/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中反应温度为80-180℃，反应时间为8-18h。
8.根据权利要求1所述的铋烯/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中还原剂为水合肼、硼氢化钠、甲醛、乙二醇、抗坏血酸、异丙醇、葡萄糖的一种或几种以上的混合物。
9.权利要求1-8任一项所述的制备方法制得的铋烯/石墨烯复合材料，其特征在于：所述复合材料中二维铋烯具有超薄的片层结构，铋烯厚度为0.5-2 nm，与石墨烯复合成膜，疏松多孔。
10.权利要求9所述的铋烯/石墨烯复合材料作为钾离子电池负极材料的应用。
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Citations (7)
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|---|---|---|---|---|
| CN106410128A (zh) * | 2016-07-18 | 2017-02-15 | 苏州大学 | 一种锂离子电池负极用石墨烯‑氧化铋复合材料的制备方法 |
| CN107026263A (zh) * | 2017-06-02 | 2017-08-08 | 扬州大学 | 海胆状硫化铋/大孔石墨烯复合材料、制备方法及其应用 |
| US20190051898A1 (en) * | 2017-08-11 | 2019-02-14 | University Of Maryland, College Park | Bismuth composite nanoparticle anodes, methods of making same, and uses thereof |
| CN111668471A (zh) * | 2020-06-23 | 2020-09-15 | 商丘师范学院 | 一种钾离子电池负极用锑烯/石墨烯复合材料及制备方法 |
| CN112209437A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-01-12 | 南开大学 | 一种硫化铋纳米粒子与石墨烯复合材料的制备方法 |
| CN113087016A (zh) * | 2021-04-06 | 2021-07-09 | 浙江加州国际纳米技术研究院台州分院 | 一种棒状硫化铋/还原氧化石墨烯复合材料的制备方法 |
| CN113130908A (zh) * | 2021-04-20 | 2021-07-16 | 安徽大学 | 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 |
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106410128A (zh) * | 2016-07-18 | 2017-02-15 | 苏州大学 | 一种锂离子电池负极用石墨烯‑氧化铋复合材料的制备方法 |
| CN107026263A (zh) * | 2017-06-02 | 2017-08-08 | 扬州大学 | 海胆状硫化铋/大孔石墨烯复合材料、制备方法及其应用 |
| US20190051898A1 (en) * | 2017-08-11 | 2019-02-14 | University Of Maryland, College Park | Bismuth composite nanoparticle anodes, methods of making same, and uses thereof |
| CN111668471A (zh) * | 2020-06-23 | 2020-09-15 | 商丘师范学院 | 一种钾离子电池负极用锑烯/石墨烯复合材料及制备方法 |
| CN112209437A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-01-12 | 南开大学 | 一种硫化铋纳米粒子与石墨烯复合材料的制备方法 |
| CN113087016A (zh) * | 2021-04-06 | 2021-07-09 | 浙江加州国际纳米技术研究院台州分院 | 一种棒状硫化铋/还原氧化石墨烯复合材料的制备方法 |
| CN113130908A (zh) * | 2021-04-20 | 2021-07-16 | 安徽大学 | 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 |
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