一种单向性Cu6Sn5纳米棒及其制备方法、应用技术

本发明专利技术提供一种单向性Cu6Sn5纳米棒及其制备方法、应用，涉及材料技术领域。其制备方法为：在保护气体下，将锡基钎料加热至完全熔化，并保温。然后将铜基薄片浸入到液态钎料中，反应一定时间后取出，冷却后，去除铜基薄片表面残余的钎料。将反应后的铜基薄片在20～60℃下等温时效10～30天，以使铜基薄片表面获得致密排列的单向性Cu6Sn5纳米棒阵列。制得的Cu6Sn5纳米棒具有与Cu基电极结合强度高、导电性能优异、比表面积大、制备成本低、制备流程简单、可实现批量制备的优点。尤其是此种纳米棒在与Li的合金化和脱合金化过程中不易粉化脱落，为高性能Li离子电池负极材料的制备提供了一种可行路线。

【技术实现步骤摘要】
一种单向性Cu6Sn5纳米棒及其制备方法、应用
本专利技术涉及材料
，且特别涉及一种单向性Cu6Sn5纳米棒及其制备方法、应用。
技术介绍
锡基合金由于高理论容量，较好的导电性能，成为最为关注的锂电池负极材料。但是，锂与锡形成合金的过程中，体积变化巨大，反复充电后，会由于应力导致材料的粉末化而失效。Cu6Sn5金属间化合物是一种具有银白色金属光泽的各向异性金属晶体，其熔点为688.15K，密度为8.270～8.448g·cm-3，弹性模量为85～125GPa，硬度为4.5～6.5GPa，电导率为2.38～5.71×104S·cm，热导率为0.341W·cm-1·K-1，热膨胀系数为12.2～16.3×10-6K-1。在锡基负极材料中引入惰性材料铜，能够在很大程度上缓解锡与锂合金化过程中的体积膨胀，具有较好的循环稳定性，能够有效提高材料的循环性能。Cu6Sn5锂离子电池负极材料的理论蓄电容量高达1900mA·h·cm-3，将Cu6Sn5对锂电池阴极材料的革新具有重要意义在很大。现有技术中，Cu6Sn5锂离子电池负极材料主要是通过电化学法合成的多孔多晶结构，例如专利CN102664249A公开了一种锂离子电池材料，通过电化学沉积的方式，在模板中沉积Cu6Sn5合金，制备方法复杂，且多晶结构容易发生晶界疏松的危险。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种单向性Cu6Sn5纳米棒，此单向性Cu6Sn5纳米棒导电性能优异，比表面积大。本专利技术的另一目的在于提供一种单向性Cu6Sn5纳米棒的制备方法，通过外延生长的方法在铜基薄片上生长出纳米棒，制备方法简单，各项参数容易控制，适用于工业化大规模生产。本专利技术的第三个目的在于提供上述的单向性Cu6Sn5纳米棒在制备锂离子电池阴极材料中的应用，其在与Li的合金化和脱合金化过程中不易粉化脱落，能够有效提高锂离子电池的性能。本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本专利技术提出一种单向性Cu6Sn5纳米棒的制备方法，包括以下步骤：S1，在保护气体下，将锡基钎料加热至完全熔化，得到液态钎料；S2，保持所述锡基钎料的熔化状态，将铜基薄片浸入到所述液态钎料中，反应一定时间后取出，冷却得到反应物；S3，去除所述反应物表面残余的所述锡基钎料；S4，将步骤S3得到的所述反应物在20～60℃下等温时效10～30天，以使所述铜基薄片表面获得致密排列的单向性Cu6Sn5纳米棒阵列。本专利技术提出一种单向性Cu6Sn5纳米棒，其通过上述的制备方法制得，单向性Cu6Sn5纳米棒的直径为200～500nm，长度大于10～20μm。本专利技术提出上述的单向性Cu6Sn5纳米棒在制备锂离子电池阴极材料中的应用。本专利技术实施例的单向性Cu6Sn5纳米棒及其制备方法、应用的有益效果是：本专利技术实施例将铜基薄片浸入到熔化状态的锡基钎料中进行反应，在铜基薄片上形成预制金属间化合物Cu6Sn5，然后通过外延生长的方法制得单向性的Cu6Sn5纳米棒。该纳米棒具有六方棒状形貌，与Cu基板结合强度高、导电性能优异、比表面积大。相比于现有的电化学方法，制备成本低、制备流程简单、各项参数容易控制，可实现批量制备。尤其是此种纳米棒在与Li的合金化和脱合金化过程中不易粉化脱落，为高性能Li离子电池负极材料的制备提供了一种可行路线。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。图1a为本专利技术实施例1中室温时效1day后的Cu基薄片表面形貌扫描电镜图；图1b为本专利技术实施例1中室温时效10day后的Cu基薄片表面形貌扫描电镜图；图1c为本专利技术实施例1中室温时效30day后的Cu基薄片表面形貌扫描电镜图；图2为本专利技术实施例2中Cu基薄片表面原位X射线衍射图，其中，a曲线为原始Cu基薄片、b曲线为时效1day、c曲线为时效10day、d曲线为时效20day；图3a为本专利技术实施例3中单向性Cu6Sn5纳米棒聚束离子束切割截面图；图3b为本专利技术实施例3中单向性Cu6Sn5纳米棒聚束离子束切割顶视图；图3c为本专利技术实施例3中单向性Cu6Sn5纳米棒截面图；图3d为本专利技术实施例3中单向性Cu6Sn5纳米棒局部高分辨图；图3e为本专利技术实施例3中单向性Cu6Sn5纳米棒选区衍射图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施例的单向性Cu6Sn5纳米棒及其制备方法、应用进行具体说明。本专利技术实施例提供的一种单向性Cu6Sn5纳米棒的制备方法，其包括以下步骤：S1，在保护气体下，将锡基钎料加热至完全熔化，得到液态钎料；S2，保持锡基钎料的熔化状态，将铜基薄片浸入到液态钎料中，反应一定时间后取出，冷却得到反应物；S3，去除反应物表面残余的锡基钎料；S4，将步骤S3得到的反应物在20～60℃下等温时效10～30天，以使铜基薄片表面获得致密排列的单向性Cu6Sn5纳米棒阵列。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，步骤S1中，基钎料选自Sn、SnCu、SnAg、SnBi、SnIn、SnPb、SnAgCu、SnInCu、SnBiCu、SnPbCu钎料中的一种或多种。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，步骤S1中，保护气体为N2、Ar等惰性气体，保证加热锡基钎料处于无氧环境中。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，步骤S1中，将锡基钎料加热至200～300℃，并在此状态下保温。更为优选地，加热到250～280℃。保持在上述加热温度下，使得Cu基薄片和液态钎料发生反应，在两相表面形成更为稳定的金属间化合物Cu6Sn5。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，Cu基薄片在使用前还经过预处理步骤，包括：对Cu基薄片进行抛光、清洗、干燥，然后在Cu基薄片表面涂覆助焊剂。进行预处理能够有效提高产品的质量和性能。进一步地，将切割成10mm×10mm×5mm的Cu基薄片双面抛光。然后进行清洗、干燥，清洗、干燥过程为：将Cu基薄片置于体积分数为1～10％的稀硫酸或稀盐酸腐蚀溶液中超声清洗30～60s，去除表面氧化层和杂质，然后置于乙醇或丙酮溶液中超声清洗30～60s去除残留的酸腐蚀液，冷风干燥后备用。进一步地，在清洗后的Cu基薄片表面涂覆助焊剂，优选地，涂覆免清洗助焊剂，例如选用AlphagrilloRF-12A助焊剂、NC316助焊剂、NCF系列助焊剂(中蓝晨光化工研究设计院有限公司生产)中的一种或多种。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，步骤S2中，Cu基薄片在液态钎料中的反应时间为8～20h。对反应时间和温度进行调控，有利于得到适宜的Cu6Sn5金属间化合物。进一步地，在本专利技术较佳实施例中，步骤S2中，将反应后的Cu基薄片自液态钎料中取出，拂去表面残余钎料，然后进行快速冷却得到反应物。快速冷却可以在冰水浴或液氮中进行。进一步，在本专利技术较佳实施例中，步骤S3中，去除反应物表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单向性Cu6Sn5纳米棒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，在保护气体下，将锡基钎料加热至完全熔化，得到液态钎料；S2，保持所述锡基钎料的熔化状态，将铜基薄片浸入到所述液态钎料中，反应一定时间后取出，冷却得到反应物；S3，去除所述反应物表面残余的所述锡基钎料；S4，将步骤S3得到的所述反应物在20～60℃下等温时效10～30天，以使所述铜基薄片表面获得致密排列的单向性Cu6Sn5纳米棒阵列。

【技术特征摘要】
1.一种单向性Cu6Sn5纳米棒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，在保护气体下，将锡基钎料加热至完全熔化，得到液态钎料；S2，保持所述锡基钎料的熔化状态，将铜基薄片浸入到所述液态钎料中，反应一定时间后取出，冷却得到反应物；S3，去除所述反应物表面残余的所述锡基钎料；S4，将步骤S3得到的所述反应物在20～60℃下等温时效10～30天，以使所述铜基薄片表面获得致密排列的单向性Cu6Sn5纳米棒阵列。2.根据权利要求1所述的单向性Cu6Sn5纳米棒的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述铜基薄片在所述液态钎料中的反应时间为8～20h。3.根据权利要求1所述的单向性Cu6Sn5纳米棒的制备方法，其特征在于，去除所述反应物表面残余的所述锡基钎料的步骤包括：将所述反应物置于温度为60～80℃的腐蚀液中处理10～15min。4.根据权利要求3所述的单向性Cu6Sn5纳米棒的制备方法，其特征在于，所述腐蚀液中含有质量比为5～10:3～5的氢氧化钠和邻硝基酚。5.根据权利要求1所述的单向性Cu6Sn5纳米棒的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：操慧珺，张志昊，张业，
申请(专利权)人：厦门城市职业学院厦门市广播电视大学，厦门大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：福建,35