钠离子电池负极用碳布/锡柔性电极材料的制备方法技术

钠离子电池负极用碳布/锡柔性电极材料的制备方法，1)对碳布进行预处理，先将碳布裁剪，在水热电泳仪中阳极氧化处理碳布，使碳布表面增加活性官能团，更易附着生长金属离子；2)将聚乙烯吡咯烷酮溶于乙醇中得溶液A1，向溶液A1中加入SnCl2·2H2O，然后超声处理得溶液A2，溶液A2中Sn

【技术实现步骤摘要】
钠离子电池负极用碳布/锡柔性电极材料的制备方法
本专利技术属于钠离子电池合金类负极材料
，特别涉及钠离子电池负极用碳布/锡柔性电极材料的制备方法。
技术介绍
目前，钠离子电池负极主要采用碳石墨化负极材料，但是碳基负极材料的储钠容量不高，并且制备条件复杂。因此，开发新型的具有高容量和高倍率且制备方法简单的负极材料很有意义。在对负极材料的研究中，发现如Sn、Si、Al、Sb等可与钠形成合金的金属或合金材料具有远远大于石墨的理论容量，引起了电池材料界的广泛关注。碳布是一种含碳量在95％以上的高强度，可折叠可弯曲的新型纤维材料。它不仅具有碳材料的本身特性，又具有柔软可加工性。作为柔性集流体，取代了传统的集流体，具有质量轻，比表面积大等特性，同时碳布的热膨胀系数小，密度低，非氧化条件下耐高温好，并且具有良好的导电导热以及机械强度高的优点。传统的负极材料制备中通常将活性物质与导电剂、粘结剂按一定比例混合后涂抹在铜箔上，然而，合金类材料具有很大的体积效应，这会导致在充放电过程中材料从铜箔上粉化脱落，降低了电池的效率和循环性能，极大地影响了这类材料的实际应用。将负极材料纳米化、与碳基材料复合以及制备自支撑电极等可以一定程度的缓解体积膨胀带来的问题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供钠离子电池负极用碳布/锡柔性电极材料的制备方法，该方法所制备的碳布/锡柔性电极材料相比传统电极具有可弯曲折叠，组装简单，无需集流体等优点，同时由于活性物质占比大，其电化学性能也很优异。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：钠离子电池负极用碳布/锡柔性电极材料的制备方法，包括以下步骤；1)对碳布进行预处理，先将碳布裁剪成(1.5～5)×(1.5～5cm)的尺寸，在水热电泳仪中阳极氧化处理碳布2-5min，使碳布表面增加活性官能团，更易附着生长金属离子；2)将1.12～2.24g的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于20-100mL乙醇中得溶液A1，向溶液A1中加入0.47～1.91g的SnCl2·2H2O，然后超声处理(使聚乙烯吡咯烷酮分子与Sn2+充分作用)得溶液A2，溶液A2中Sn2+的浓度为0.01-0.21mol·L-1，向溶液A2中加入步骤1)处理好的碳布，于常温下搅拌1～10min；3)向搅拌后的溶液A2中加入5～20ml水合肼，利用所述还原剂将碳布上的Sn2+还原为Sn单质，然后将得到的碳布在60℃下真空干燥6～12h得到碳布/锡柔性电极材料。所述碳布为亲水性碳布。所述预处理为在丙酮，乙醇，去离子水中各超声清洗30min两次。所述阳极氧化处理中使用的是电解液，电解液为浓度0.2mol·L-1磷酸二氢铵。所述的超声处理的超声功率为100W，时间为15～30min。所述还原剂为水合肼。所述的还原剂的溶液与溶液A2的体积比为1：1.25～5。所述步骤2)中搅拌的转速为400～800r/min。本专利技术的有益效果：本专利技术以乙醇为溶剂，碳布为基底，PVP作为模板剂，SnCl2·2H2O作为锡源，水合肼为还原剂，直接用还原剂将Sn2+还原成锡颗粒，并通过控制SnCl2·2H2O和水合肼的加入量制备出了能生长在碳布上的锡颗粒，以其作为负极材料组装成钠离子电池，具有优异的电化学性能；由于该材料直接以碳布为基底，无需集流体，仅仅通过自组装就能很好的改善电化学性能，充分利用了碳布的优良导电性以及锡的高容量，大大的提高了负极材料的能量密度，并改善了锡金属在高循环次数下易发生体积膨胀导致的容量衰减问题，具有较好的循环稳定性。另外，本专利技术制备方法的工艺简单、反应温度低、重复性高、周期短、不需要大型设备、能耗低、节约生产成本，适合大规模生产制备的需要，并在钠离子电池应用方面具有显著的科学意义。附图说明图1为实施例2所制备的碳布/锡柔性电极材料的X-射线衍射(XRD)图谱。图2为实施例2所制备的碳布/锡柔性电极材料的扫描电镜(SEM)照片。图3为实施例2所制备的碳布/锡柔性电极材料的电化学性能图；其中，a：碳布/锡柔性电极材料的倍率性能图；b：碳布/锡柔性电极材料的循环性能图；Cyclenumber：循环次数；SpecificCapacity：比容量。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例11)称取质量为1.12g的PVP(分子量为30000)溶于20mL的乙醇中，溶解后再加入0.47g的SnCl2·2H2O得混合液(Sn2+的浓度为0.01mol·L-1)，将混合液放入微波-超声合成萃取反应仪(上海新仪微波化学科技有限公司，Uwave-1000型)中，开启超声模式，超声30min使PVP分子与Sn2+充分作用后，得到溶液A，加入5cm×5cm的碳布，并打开磁力搅拌装置，控制溶液A内转子转速为400r/min，搅拌1min；2)加入5ml水合肼到溶液A中，得到溶液B，继续搅拌5min，搅拌完毕后取出碳布，将碳布放在真空干燥箱中60℃下进行干燥12h，得到碳布/锡柔性电极材料；3)以所制备的碳布/锡复合材料作为钠离子电池负极材料，组装成电池。使用BTS电池充放电测试仪测试其充放电性能和倍率性能。实施例21)称取质量为1.12g的PVP(分子量为30000)溶于20mL的乙醇中，溶解后再加入0.64g的SnCl2·2H2O得混合液(Sn2+的浓度为0.013mol·L-1)，将混合液倒入微波-超声合成萃取反应仪(上海新仪微波化学科技有限公司，Uwave-1000型)中，开启超声模式，超声30min使PVP分子与Sn2+充分作用后，得到溶液A，加入4cm×4cm的碳布，并打开磁力搅拌装置，控制溶液A内转子转速为500r/min，搅拌1min；2)加入10ml水合肼到溶液A中，得到溶液B，继续搅拌5min，搅拌完毕后取出碳布，将碳布放在真空干燥箱中60℃下进行干燥12h，得到碳布/锡柔性电极材料；3)以所制备的碳布/锡复合材料作为钠离子电池负极材料，组装成电池。使用BTS电池充放电测试仪测试其充放电性能和倍率性能，从图3中可以看出碳布/锡柔性电极材料作为钠离子电池负极材料时，具有稳定的循环性能和倍率性能。如图1所示，用日本理学D/max2000PCX-射线衍射仪分析样品(碳布/锡复合材料)，发现样品与PDF卡片编号为65-5224的Sn结构一致；如图2所示，将该样品用美国FEI公司S-4800型的场发射扫描电子显微镜(FESEM)进行观察，可以看出所制备的碳布/锡复合材料为粒径200nm～500nm的实心球状小颗粒。如图3所示，以所制备的碳布/锡复合材料作为钠离子电池负极材料，组装成电池。使用BTS电池充放电测试仪测试其充放电性能，可以看出碳布/锡复合材料作为钠离子电池负极材料时表现出了较好的电化学性能，100次循环后容量保持在1000mAh/g。同时，首次库伦效率可达72％。实施例31)称取质量为2.24g的PVP(分子量为30000)溶于50mL的乙醇中，溶解后再加入0.72g的SnCl2·2H2O得混合液(Sn2+的浓度为0.04mol·L-1)，将混合液倒入微波-超声合成萃取反应仪(上海新仪微波化学科技有限公司，Uwave-1000型)中，开启超声模式，超声20min使PVP分子与Sn2+充分作用后，得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.钠离子电池负极用碳布/锡柔性电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤；1)对碳布进行预处理，先将碳布裁剪成(1.5～5)×(1.5～5cm)的尺寸，在水热电泳仪中阳极氧化处理碳布2‑5min，使碳布表面增加活性官能团，更易附着生长金属离子；2)将1.12～2.24g的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于20‑100mL乙醇中得溶液A1，向溶液A1中加入0.47～1.91g的SnCl2·2H2O，然后超声处理(使聚乙烯吡咯烷酮分子与Sn

【技术特征摘要】
1.钠离子电池负极用碳布/锡柔性电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤；1)对碳布进行预处理，先将碳布裁剪成(1.5～5)×(1.5～5cm)的尺寸，在水热电泳仪中阳极氧化处理碳布2-5min，使碳布表面增加活性官能团，更易附着生长金属离子；2)将1.12～2.24g的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于20-100mL乙醇中得溶液A1，向溶液A1中加入0.47～1.91g的SnCl2·2H2O，然后超声处理(使聚乙烯吡咯烷酮分子与Sn2+充分作用)得溶液A2，溶液A2中Sn2+的浓度为0.01-0.21mol·L-1，向溶液A2中加入步骤1)处理好的碳布，于常温下搅拌1～10min；3)向搅拌后的溶液A2中加入还原剂的溶液，利用所述还原剂将碳布上的Sn2+还原为Sn单质，然后将得到的碳布在60℃下真空干燥6～12h得到碳布/锡柔性电极材料。2.根据权利要求1所述的钠离子电池负极用碳布/锡柔性电极材料的制备方法，其特征在于，所述碳布为亲水性碳布。3.根据权利要求1所述的钠离子电池负极用碳布/锡柔性电极材料的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄剑锋，刘梦宇，李嘉胤，曹丽云，赵怡星，马萌，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61