层状三维多孔负极材料及其制备方法_2

文档序号:9632824阅读:来源:国知局
层进行阳极氧化,最终形成碳纳米管渗杂Sn/SnO/ Sn〇2层状=维结构的氧化物层; (4) 将步骤(3)所得的材料进行真空干燥。
[0016] 优选的,步骤(1)所述的泡沫儀的预处理的除油、活化条件具体如下: a) 除油 配置除油溶液时采用的除油配方和除油溫度为:
b) 活化 配置活化溶液时采用的活化配方和活化溫度为:
采用W上的除油、活化配方对泡沫儀进行预处理。
[0017] 步骤(1)所述处理的CNTs的处理步骤为:先将质量浓度为18. 25%的肥1溶液加 入含有CNTs的烧杯中,得到CNTs含量为0. 5~4 g/L的前处理溶液,再将上述前处理溶液超 声震荡,同时磁力揽拌5~24小时,再将CNTs从前处理溶液中分离,最后将CNTs干燥24小 时。
[001引优选的,在步骤(2 )中,复合电锻溶液配方如下:
锻锡溶液在加入碳纳米管后需要磁力揽拌均匀,再将泡沫儀置于电锻设备上,放入复 合电锻溶液中,按照W上条件电锻,得到渗杂碳纳米管的锡金属锻层。PVP的中文名字是: 聚乙締化咯烧酬。
[0019] 优选的,将步骤(2)得到的复合电极置于装有阳极氧化溶液的槽中,复合电极接电 源正极,其他金属做参比电极,按照W下条件对电极进行阳极氧化。阳极氧化溶液的配方如 下:
优选的,步骤(4)真空干燥的溫度为60 °C,时间为8-12 h。
[0020] 最终得到一种泡沫儀基CNTs渗杂Sn/SnO/Sn〇2层状S维多孔结构的负极材料。
[0021] =维泡沫金属具有比表面积大,多孔隙等特点,能够缓解裡离子电池材料在充放 电过程中产生的巨大体积应变,从而增强材料的循环性能。本发明选用泡沫儀作为集流体, 能够极大的增加电极的比表面积,并为活性材料在充放电过程体积的巨变起到一定的缓冲 作用,能够在一定程度上提高裡离子嵌入与脱嵌的效率,从而提高电极的电化学性能。
[0022] 碳纳米管作为一维纳米材料,不仅具有常规纳米材料所具有的表面效应、小尺寸 效应等纳米效应外,还具有重量轻、六边形结构连接完美W及优异的力学、电学和化学性 能。碳纳米管与锡材料进行复合时,对锡材料性能有了极大的提升作用。本发明选用的CNTs 的规格为外径10~100皿,长度为0.5~10 ym,是因为CNTs外径在30皿W下时,外径越 小,导电性能越好,结合CNTs成本,优先选择外径为10~20 nm。
[0023] 本发明采用盐酸对CNTs进行处理,有利于减少CNTs制备过程中残留的碳粉或其 他杂质,且通过盐酸处理的CNTs结构完整,能够最大限度的发挥其自身性能。
[0024] 电锻就是利用电解原理在某些金属表面上锻上一薄层其它金属或合金的过程,是 利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺,因其工艺简单且效果 明显,所W被迅速运用到各个行业中。复合电锻是将固体微粒加入锻液中与金属或合金共 沉积,形成一种金属基的表面复合材料的过程,W满足特殊的应用要求,比如增强导电性、 耐磨性、防腐性等。本发明氧化的锡氧化物层中CNTs能均匀分布在整个负极活性材料部 分,部分CNTs贯穿于氧化物层之间,由于CNTs优异的导电能力,使得电子在活性材料中迁 移的速率大大增强。
[0025] 阳极氧化是指在合适的电解液当中将金属或者金属合金作为阳极,通过阳极电 流,使阳极表面得到氧化的方法。阳极氧化由于其原理简单,工艺要求低,适合工业化生产。 本发明采用阳极氧化的方法,能够得到Sn/SnO/Sn〇2层状S维多孔结构,能够提供更多的容 量,W及更加稳定的化学性能,再结合泡沫儀的=维空间结构,能够缓解电极材料在充放电 过程中的体积应变,使材料具有更佳的稳定性。
[0026]多层状结构的材料,不仅能够增强锻层与基底的结合力,使锻层在充放电过程中 不容易脱落,提高材料的循环性能,更能够提供更加出色的容量。本发明制备出的泡沫儀基 CNTs渗杂Sn/SnO/Sn〇2层状S维多孔负极材料具有充放电比容量高,循环性能好的优点。本 发明制备出来的一种泡沫儀基CNTs渗杂Sn/SnO/Sn〇2层状S维多孔负极材料首次充放电 比容量为830~1200 mAh/g,同时还具有优异的循环性能W及突出的库伦效率,50次循环之 后还有400 mAh/g,平均库伦效率保持在98%左右。运是由于W下S点因素产生的结果:1、 CNTs贯穿集流体与活性材料之间,CNTs良好的导电性和机械性能,能够在活性材料与集流 体直接起到良好的骨架作用,减少充放电过程中活性材料的粉化与脱落,增强材料的循环 性能。2、泡沫儀作为集流体,因为是多孔性的=维材料,高的孔隙率W及大的比表面积,能 够在很大程度上缓解裡离子嵌入与脱嵌导致的巨大体积变化,提升材料的稳定性。3、采用 阳极氧化的方法,制备得到具有CNTs渗杂Sn/SnO/Sn〇2层状S维多孔结构负极材料,不仅 能够提高充放电比容量,还能减小体积变化。
[0027] 与其他发明方法相比,本发明具备W下突出的优点: 1、碳纳米管的渗杂提升了导电性,同时增强材料的循环性能,使得循环后的容量衰减 降低;2、阳极氧化法制备具有Sn/SnO/Sn〇2层状S维多孔结构的负极材料,方法简单,实用 性强,生产成本低;3、实用非氯化物溶液为电锻溶液,对环境无污染,符合环保要求;4、生 产成本较低,制备过程简单易行。
[0028] 本发明一种泡沫儀基碳纳米管渗杂Sn/SnO/Sn〇2层状S维多孔负极材料的表面形 貌是通过扫描电子显微镜测定的(阳-SEM, S-4800,Hitachi, Japan)。
[0029] 本发明一种泡沫儀基碳纳米管渗杂Sn/SnO/Sn〇2层状S维多孔负极材料的物相是 通过XRD方法测定的。
[0030] 本发明提到的裡离子电池容量循环次数是由BTS高精度电池测试系统测定的。
[0031]
【附图说明】 图1为本发明泡沫儀基碳纳米管渗杂Sn/SnO/Sn〇2层状S维多孔负极材料的制备流程 不意图; 图2为实施例1中未经过任何处理的泡沫儀金属的SEM图; 图3为电锻时间300 S氧化时间200 S的泡沫儀基碳纳米管渗杂Sn/SnO/Sn〇2层状S 维多孔负极材料的沈M图; 图4为电锻时间300s氧化时间为200 S的泡沫儀基碳纳米管渗杂Sn/SnO/Sn〇2层状 =维多孔负极材料的X射线衍射图; 图5为电锻300 S氧化200 S泡沫儀基碳纳米管渗杂Sn/SnO/Sn〇2层状S维多孔负极 材料的循环性能图; 图6为为电锻300 S氧化250 S泡沫儀基碳纳米管渗杂Sn/SnO/Sn〇2层状S维多孔负 极材料的循环性能图; 图7为电锻700 S氧化200 S泡沫儀基碳纳米管渗杂Sn/SnO/Sn〇2层状S维多孔负极 材料的循环性能图。
[0032]
【具体实施方式】
[0033] 通过W下实施例对本发明进行更详细地说明解释,但是本发明保护范围并不局限 于W下实施例的范围。 阳〇34] 实施例1 : 选用泡沫儀作为电锻基底。图1为本发明的制备流程示意图,图2为未经过任何处理 的泡沫儀金属的沈M图。
[0035] (1)泡沫儀预处理 除油处理,溶液配置如下:
再进行活化处理,溶液配置如下
(2)对CNTs进行除杂及分散处理,选择外径为10~20 nm,长度为1~3ym碳纳米管。首 先将质量浓度为18. 25%的肥1溶液加入含有CNTs的容器中,得到CNTs含量为2 g/L的前 处理溶液; 再将上述前处理溶液超声震荡,同时磁力揽拌5~2
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