【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种自支撑碳纳米管/sn复合薄膜的制备方法及其应用，适用于碳纳米管基复合薄膜材料。
技术介绍
1、近年来，随着微型化电子设备的广泛应用，轻量化、小尺寸锂离子电池变得越来越重要，但是，传统粉末负极中常用的非电化学活性导电剂和粘结剂导致活性物质含量降低，内阻增大，不利于高能量密度锂离子电池的制备，大量研究表明，无添加剂自支撑负极可以有效避免导电剂/粘合剂的使用，同时保证良好的电子导电性、离子扩散性和结构稳定性，具有满足轻量化、小尺寸锂离子电池市场需求的潜力。
2、在各种负极材料中，金属sn凭借其高理论容量(994mahg-1)、高安全性、丰富性以及氧化还原电位低等优点而受到越来越多的关注，尽管sn作为无添加剂自支撑负极中的活性材料显示出巨大的潜力，但其实际应用仍面临着电化学循环过程中体积膨胀过大导致循环稳定性差的问题。研究显示，将具有高导电性、大比表面积和稳定电化学性能的碳纳米管与sn活性材料通过真空抽滤、水热自组装、电泳沉积、湿纺和捻丝等方法组装成薄膜、纸张、气凝胶、纤维、纱线等自支撑材料可以有效提高电子输运效率和缓解sn活性材料充放电过程中的体积变化。
3、然而，目前报道的碳纳米管/sn复合自支撑材料均是首先高价购买碳纳米管或者通过复杂的化学反应过程制备碳纳米管，然后再通过水热法或者自组装过程将sn附着到碳纳米管表面。这类碳纳米管/sn复合自支撑材料应用在锂离子或钠离子电池中存在成本高、制备工艺复杂、复合结构松散、电子输运网络/离子扩散通道受阻、sn颗粒尺寸过大以及循环过程中的sn粉碎团聚等
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种自支撑碳纳米管/sn复合薄膜的制备方法及其应用。
2、实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种自支撑碳纳米管/sn复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：
3、s1、将sn有机酸盐与植物多酚溶于长链二元醇中，经高温高压反应后，自然冷却至室温，获得自支撑sn有机复合薄膜前驱体；
4、s2、将自支撑sn有机复合薄膜前驱体采用有机溶剂清洗烘干后，在惰性气氛条件下进行加热分解，原位转化获得自支撑碳纳米管/sn复合薄膜。
5、进一步地，s1中sn有机酸盐为醋酸锡、丙酸锡、草酸锡、苯甲酸锡、水杨酸锡中的任一种或多种。
6、进一步地，s1中植物多酚为落叶松树皮多酚、单宁酸、鞣花酸中的任一种或多种。
7、进一步地，s1中长链二元醇为丁二醇、戊二醇、己二醇、庚二醇中的任一种或多种。
8、进一步地，s1中sn有机酸盐、所述植物多酚、所述长链二元醇用量比例为(0.1-1)mol:(0.1-100)g:(10-200)l。
9、进一步地，s1中高温高压的热反应升温速率为0.1～20℃min-1，反应的时间为8～48h。
10、进一步地，s2中有机溶剂为甲醇、乙醇、氯仿、丙酮、乙醚、四氯化碳、二氯甲烷中的任一种或多种。
11、进一步地，s2中烘干温度70～120℃，烘干时间为1～36h。
12、进一步地，s2中加热分解的升温速率为0.1～20℃min-1，分解温度为350～800℃，反应时间为0.33～24h。
13、本专利技术还提供了一种自支撑碳纳米管/sn复合薄膜在电池中作为电极片的应用。
14、本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：
15、1、本专利技术基于溶剂热过程，利用短链植物多酚螯合吸附抑制sn二元醇复合材料a、b方向的生长，诱导其延c轴方向缩聚生长得到sn二元醇复合纳米线，并通过sn二元醇复合纳米线之间的有机分子的缩聚反应相互诱导自组装获得结构稳定的自支撑sn有机复合薄膜；
16、2、本专利技术首先通过溶剂热一步制备由sn有机复合纳米线构筑的自支撑sn有机复合薄膜。接着通过热分解过程将自支撑sn有机复合薄膜中的sn有机复合纳米线结构单元原位转化为密集镶嵌着细小sn纳米颗粒的碳纳米管，同时自支撑sn有机复合薄膜也原位转化为自支撑碳纳米管/sn复合薄膜，其可直接用作锂离子或钠离子电池负极，且无需添加其他粘结剂或导电剂，有效提升电池的能量密度；
17、3、本专利技术采用溶剂热法及原位转化策略实现了自支撑碳纳米管/sn复合薄膜的制备，制得的材料直接作为高能量密度电池的电极片使用，本专利技术通过以下几方面结构设计来提升电极的倍率性能和循环寿命：(1)利用相互连接的碳纳米管/sn复合结构单元层层密堆积组装构筑自支撑薄膜作为负极以提高电池的倍率容量；(2)具有发达孔道结构的碳纳米管具有较大的比表面积，避免了密堆积可能导致的离子扩散通道堵塞，而均匀镶嵌在碳纳米管中的细小sn纳米颗粒进一步增强了自支撑材料内部电子/离子的传输/扩散能力，而大比表面积的碳纳米管结构单元增加了电池的电化学反应活性位以及负极电极与电解质的接触面积，本专利技术材料的结构特征均有利于电池倍率性能的提升；(3)通过碳纳米管对细小sn纳米颗粒的均匀包覆提供可靠的体积膨胀缓冲层，提升结构稳定性以获得高循环寿命；制备的自支撑碳纳米管/sn复合薄膜作为锂离子电池的负极材料在电化学循环过程中具有优越的循环稳定性和高倍率性能；
18、4、本专利技术无需复杂的处理过程，节约成本和设备投入，降低三废排放量，适合工业化生产。
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1.一种自支撑碳纳米管/Sn复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种自支撑碳纳米管/Sn复合薄膜的制备方法，其特征在于，S1中Sn有机酸盐为醋酸锡、丙酸锡、草酸锡、苯甲酸锡、水杨酸锡中的任一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种自支撑碳纳米管/Sn复合薄膜的制备方法，其特征在于，S1中植物多酚为落叶松树皮多酚、单宁酸、鞣花酸中的任一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种自支撑碳纳米管/Sn复合薄膜的制备方法，其特征在于，S1中长链二元醇为丁二醇、戊二醇、己二醇、庚二醇中的任一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种自支撑碳纳米管/Sn复合薄膜的制备方法，其特征在于，S1中Sn有机酸盐、所述植物多酚、所述长链二元醇用量比例为(0.1-1)mol:(0.1-100)g:(10-200)L。
6.根据权利要求1所述的一种自支撑碳纳米管/Sn复合薄膜的制备方法，其特征在于，S1中高温高压的热反应升温速率为0.1～20℃min-1，反应的时间为8～48h。
7.根据权利要求1所述
8.根据权利要求1所述的一种自支撑碳纳米管/Sn复合薄膜的制备方法，其特征在于，S2中烘干温度70～120℃，烘干时间为1～36h。
9.根据权利要求1所述的一种自支撑碳纳米管/Sn复合薄膜的制备方法，其特征在于，S2中加热分解的升温速率为0.1～20℃min-1，分解温度为350～800℃，反应时间为0.33～24h。
10.一种如权利要求1-9中任一项所述的自支撑碳纳米管/Sn复合薄膜在电池中作为电极片的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种自支撑碳纳米管/sn复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种自支撑碳纳米管/sn复合薄膜的制备方法，其特征在于，s1中sn有机酸盐为醋酸锡、丙酸锡、草酸锡、苯甲酸锡、水杨酸锡中的任一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种自支撑碳纳米管/sn复合薄膜的制备方法，其特征在于，s1中植物多酚为落叶松树皮多酚、单宁酸、鞣花酸中的任一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种自支撑碳纳米管/sn复合薄膜的制备方法，其特征在于，s1中长链二元醇为丁二醇、戊二醇、己二醇、庚二醇中的任一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种自支撑碳纳米管/sn复合薄膜的制备方法，其特征在于，s1中sn有机酸盐、所述植物多酚、所述长链二元醇用量比例为(0.1-1)mol:(0.1-100)g:(10-200)l。
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【专利技术属性】
技术研发人员：丁川，赵伟，张祚铭，朱荣涛，沈毅帆，王浩然，
申请(专利权)人：常州工学院，
类型：发明
国别省市：
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