泡沫镍自支撑SnO2纳米阵列@多孔碳纤维复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及钠离子电池电极材料技术领域，具体涉及泡沫镍自支撑SnO2纳米阵列@多孔碳纤维复合材料及其制备方法和应用。本发明专利技术先采用溶剂热法、于泡沫镍表面制得了泡沫镍自支撑SnO2纳米阵列，然后将多孔碳纤维材料贴合并压制于泡沫镍自支撑SnO2纳米阵列表面，接着利用退火处理的方法得到泡沫镍自支撑SnO2纳米阵列@多孔碳纤维复合材料；多孔碳纤维的强导电性为电子的转移提供了有效传输路径，泡沫镍自支撑SnO2纳米阵列的制备有效解决了充放电过程因体积膨胀导致的材料粉化、团聚、容量衰退的问题，用作钠离子电池负极表现出超强的循环稳定性；因此本申请提供了一种具有高稳定性、高导电率的钠离子电池负极材料及其制备方法。高导电率的钠离子电池负极材料及其制备方法。高导电率的钠离子电池负极材料及其制备方法。

【技术实现步骤摘要】
泡沫镍自支撑SnO2纳米阵列@多孔碳纤维复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及钠离子电池电极材料制备
，具体涉及泡沫镍自支撑SnO2纳米阵列@多孔碳纤维复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来随着环境的污染，化石能源的枯竭，电能的储存在现代社会中占据越来越重要的地位，一方面电动汽车等产业的大规模发展需要有好的储能设备，另一方面风能、潮汐能、太阳能等产生的不稳定能源需要得到很好的存储才能够并入电网，所以储能材料已经广泛应用于生活中的众多领域。从资源角度考虑，锂的需求量逐年递增，然而锂在地壳的储量不高(0.0065％)，且70％的锂集中于南美洲，因此开发新型储能材料是当前的紧迫任务。研究发现，同主族的钠元素与锂具有相似的化学性质，并且钠元素资源丰富，约占地壳元素储量的2.64％，获得钠元素的方法也比较简单，分布广泛、成本低廉，因此钠离子电池可作为锂离子电池的最佳替补之一，因此开发高性能储钠材料也成为了科研工作者的重要研究方向。
[0003]钠离子电池的正极材料、负极材料以及电解液都是决定电池性能的重要成分。石墨是商业化的锂离子电池负极材料，其理论容量为372mAh/g，但用作钠离子电池时，其容量不到理论容量的十分之一。这主要是因为钠离子直径远大于锂离子，其在石墨层间的穿插容易破坏石墨的层状结构，此外钠离子与石墨碳所形成的中间产物热力学不稳定，因此开发新型负极材料是制备高性能钠离子电池的关键步骤。
[0004]半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电路的电子材料。尤其当半导体材料的尺度达到纳米数量级时，此时的纳米级半导体材料受到量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、量子隧道效应等效应的影响会出现许多特殊的物理特性，比如光学性能、光电转换性能、光催化性能、气敏特性等等，在光电子设备、电池、太阳能存储等方面得到广泛的应用。近年来，研究者发现过渡金属及其氧化物具有很高的理论容量，其中SnO2具有较高理论容量(782mAh/g)，合成方法简单、无毒副作用等优点，因此被作为负极材料的最佳选者之一，但是SnO2材料在负极材料的实际应用中仍然存在充放电过程因体积膨胀导致的材料粉化、团聚、容量衰退以及导电率差的问题。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术存在的不足，本专利技术提供了泡沫镍自支撑SnO2纳米阵列@多孔碳纤维复合材料及其制备方法和应用，本专利技术先采用溶剂热法、于泡沫镍表面制得了泡沫镍自支撑SnO2纳米阵列，然后将多孔碳纤维材料贴合并压制于泡沫镍自支撑SnO2纳米阵列表面，接着利用退火处理的方法得到泡沫镍自支撑SnO2纳米阵列@多孔碳纤维复合材料；多孔碳纤维的强导电性为电子的转移提供了有效传输路径，泡沫镍自支撑SnO2纳米阵列的制备有效解决了充放电过程因体积膨胀导致的材料粉化、团聚、容量衰退的问题，用作钠离子
电池负极表现出超强的循环稳定性；因此本申请提供了一种具有高稳定性、高导电率的钠离子电池负极材料及其制备方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种泡沫镍自支撑SnO2纳米阵列@多孔碳纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)泡沫镍自支撑SnO2纳米阵列的制备：
[0009]采用SnCl2·
2H2O制备SnO2溶胶，SnO2溶胶的制备采用常规制备方法，然后将泡沫镍浸入至SnO2溶胶中，泡沫镍具有多孔结构，抽真空处理具体为：密封后采用真空泵抽真空，使得泡沫镍孔中的气体排出，直到没有气泡排出为止，使得溶胶灌满泡沫镍孔通道，避免气泡阻隔影响连续纳米线长出，于真空条件下采用溶剂热法制备泡沫镍自支撑SnO2纳米阵列，溶剂热法使得SnO2纳米阵列在泡沫镍基底上进行沉积；
[0010](2)制备多孔碳纤维材料，本专利技术采用了一种多孔碳纤维材料的制备方法；
[0011](3)泡沫镍自支撑SnO2纳米阵列@多孔碳纤维复合材料的制备：于泡沫镍自支撑SnO2纳米阵列上铺设多孔碳纤维材料，然后先于高温下压制在一起，泡沫镍为蓬松多孔结构，其表面粗糙，在进行高温压制过程中，促进多孔碳纤维与泡沫镍的结合，使得二者形成稳定的结构，同时SnO2纳米阵列位于多孔碳纤维与泡沫镍之间，再进行退火处理，促使SnO2纳米阵列与多孔碳纤维结合成复合材料，得到泡沫镍自支撑SnO2纳米阵列@多孔碳纤维复合材料。
[0012]优选的，所述步骤(1)中SnO2溶胶按照如下步骤制备：
[0013]将SnCl2·
2H2O、表面活性剂共同溶解于无水乙醇中，并于130
‑
170℃下搅拌1
‑
2h，然后向其中加入去离子水，并继续搅拌1
‑
2h，冷却至室温后陈化，得到SnO2溶胶，SnO2溶胶为透明稳定的溶胶；
[0014]其中，SnCl2·
2H2O、表面活性剂的质量与无水乙醇的体积比为0.8
‑
1：0.05
‑
0.15：10；去离子水与无水乙醇的体积比为1.5
‑
2：1。
[0015]优选的，所述步骤(1)中溶剂热法的条件为：于150
‑
300℃下处理12
‑
24h。
[0016]优选的，所述步骤(2)中多孔碳纤维材料按照如下步骤制备：
[0017]S1、将聚丙烯腈和甲基丙烯酸甲酯溶解于N,N'
‑
二甲基甲酰胺中，得到纺丝液，聚丙烯腈是目前应用最为广泛的碳纤维制备原料，通过加入甲基丙烯酸甲酯在碳化处理的过程中进行挥发，使得碳纤维形成内部多孔结构；
[0018]其中，溶解条件为：于40
‑
80℃下搅拌10
‑
16h，所述聚丙烯腈与N,N'
‑
二甲基甲酰胺的质量比为8
‑
12：100；甲基丙烯酸甲酯与聚丙烯腈的质量比为40
‑
70：100；
[0019]S2、将纺丝液进行静电纺丝，得到多孔碳纤维材料。
[0020]优选的，所述步骤S2的静电纺丝条件为：采用内径为0.5
‑
1.15mm的静电纺丝针头，于电压15
‑
22kV，接收距离18
‑
22cm条件下推进，静电纺丝的推进速度0.5
‑
2mL/h。
[0021]优选的，所述步骤(3)中高温压制的条件为：于温度为350
‑
450℃下，垂直方向上施加50
‑
100N应力。
[0022]优选的，所述步骤(3)中退火处理的条件为：先升温至200
‑
300℃后保温2
‑
4h，再于惰性气氛下，于600
‑
900℃煅烧1
‑
2h，得到泡沫镍自支撑SnO2纳米阵列@多孔碳纤维复合材料。
[0023]本专利技术还保护了制备方法制得的泡沫镍自支撑SnO2纳米阵列@多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种泡沫镍自支撑SnO2纳米阵列@多孔碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)泡沫镍自支撑SnO2纳米阵列的制备：采用SnCl2·
2H2O制备SnO2溶胶，然后将泡沫镍浸入至SnO2溶胶中，抽真空处理后，于真空条件下采用溶剂热法制备泡沫镍自支撑SnO2纳米阵列；(2)制备多孔碳纤维材料；(3)泡沫镍自支撑SnO2纳米阵列@多孔碳纤维复合材料的制备：于泡沫镍自支撑SnO2纳米阵列上铺设多孔碳纤维材料，然后先于高温下压制在一起，再进行退火处理，得到泡沫镍自支撑SnO2纳米阵列@多孔碳纤维复合材料。2.根据权利要求1所述的一种泡沫镍自支撑SnO2纳米阵列@多孔碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中SnO2溶胶按照如下步骤制备：将SnCl2·
2H2O、表面活性剂共同溶解于无水乙醇中，并于130
‑
170℃下搅拌1
‑
2h，然后向其中加入去离子水，并继续搅拌1
‑
2h，冷却至室温后陈化，得到SnO2溶胶；其中，SnCl2·
2H2O、表面活性剂的质量与无水乙醇的体积比为0.8
‑
1g：0.05
‑
0.15g：10mL；去离子水与无水乙醇的体积比为1.5
‑
2：1。3.根据权利要求1所述的一种泡沫镍自支撑SnO2纳米阵列@多孔碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中溶剂热法的条件为：于200
‑
300℃下处理12
‑
24h。4.根据权利要求1所述的一种泡沫镍自支撑SnO2纳米阵列@多孔碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中多孔碳纤维材料按照如下步骤制备：S1、将聚丙烯腈和甲基丙烯酸甲酯溶解于N,N'
‑
二甲基甲酰胺中，得到纺丝液；其中，溶解条件为：于40
‑
80℃下搅拌10
‑
16h，所述聚丙烯腈与N,N'
‑
二甲基甲酰胺的质量比为8
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚建平，
申请(专利权)人：江阴普朗克科技有限公司，
类型：发明
国别省市：