【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及棉织物基电极材料，尤其涉及一种棉织物基电极材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、随着电动汽车、智能可穿戴设备及可折叠显示器等电子设备的快速发展，人们对于储能材料，尤其是柔性储能材料的研究越来越多。柔性电池不仅具备传统电池高能量密度、长循环稳定性的特点，而且具备可弯曲、折叠以及应用范围广的特点，被认为是理想的柔性储能材料。制备柔性电池的关键在于制备柔性电极材料。
2、集流体是电极材料的重要部分，对电池有重要影响。传统的铜箔和铝箔集流体无法满足柔性电极材料的要求。用棉织物作为柔性基底制备电极材料，不仅对废弃棉织物进行再利用，并且可以减少对铜和铝等金属的使用，以达到降低成本和节约能源的目标。棉织物是一种三维结构，在充当电极材料基底时，其结构有利于离子扩散；具有较大的比表面积，有利于活性物质的附着；具有较好的亲水性，有利于电解液的渗透；再者，棉织物具备可折叠、弯曲等特点，相比于铜箔、铝箔，其拉伸性能更为优异，能够满足作为柔性储能材料的基底的需求。但是棉织物并不具备导电性，因此实需要赋予其良好的导电性，以制备电极材料。
3、石墨通常用作负极材料，其容量仅为372mah·g-1。为了满足下一代电池系统的需求，需要开发高容量的负极材料。锡、铋、锑作为锂离子电池的负极材料时，能分别提供996mah·g-1、385mah·g-1和660mah·g-1的容量，在储能方面有广阔的应用前景。但是，由于锡、铋、锑在充放电循环过程中容易发生体积变化引起负极材料结构破裂等问题，从而使电极的循环性能和倍率性能无法满足商业
4、因此，通过在棉织物上镀镍，构建三维导电网络并将其作为集流体，同时利用镍基质来缓冲纯锡、铋、锑材料的体积变化并提高导电性，从而得到高容量、良好循环寿命和可弯曲的柔性储能器件，对智能可穿戴设备的实际应用具有重要意义。
5、有鉴于此，有必要设计一种改进的棉织物基电极材料及其制备方法与应用，以解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种棉织物基电极材料及其制备方法与应用，将棉织物进行敏化、活化、化学镀镍后赋予棉织物具有良好的导电性；接着除去镍包裹的棉织物表面微量的氧化层；然后通过电化学电位的不同，将一部分镍置换为锡、铋或者锑，在棉织物的表面形成均匀嵌合的混合金属层，从而得到高容量、良好循环寿命和可弯曲的柔性储能器件，对可穿戴电子设备的实际应用具有重要意义。
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种棉织物基电极材料的制备方法，先将棉织物进行敏化、活化、化学镀镍得到镍包裹的棉织物，再将所述镍包裹的棉织物置于盐酸中处理，得到表面处理棉织物；接着将所述表面处理棉织物置于含锡、铋或者锑的盐溶液中进行置换反应，真空干燥，得到棉织物基电极材料。
3、作为本专利技术的进一步改进，包括如下步骤：
4、s1.将预先处理过的棉织物置于预设浓度的无水氯化亚锡与盐酸的混合溶液中处理6-10min，进行敏化，洗涤后得到敏化棉织物；
5、s2.将步骤s1得到的所述敏化棉织物置于预设浓度的氯化钯与盐酸的混合溶液中处理6-10min，进行活化，洗涤后得到活化棉织物；
6、s3.将步骤s2得到的所述活化棉织物置于预设浓度的化学镀液中反应，洗涤、真空干燥，得到镍包覆的棉织物；所述化学镀液是由六水合硫酸镍、氯化铵、柠檬酸三钠、次亚磷酸钠组成的混合溶液；
7、s4.将步骤s3得到的所述镍包覆的棉织物置于预设浓度的盐酸中处理5-10min，洗涤、真空烘干，得到表面处理的棉织物；；
8、s5.将步骤s4得到的所述表面处理的棉织物置于预设浓度的含锡、铋或者锑的盐溶液中进行置换反应，洗涤、真空干燥，得到棉织物基电极材料。
9、作为本专利技术的进一步改进，步骤s5中所述预设浓度的含锡、铋或者锑的盐溶液分别为0.01-0.015mol/l的无水氯化亚锡的水溶液、0.5-0.75mol/l的五水合硝酸铋的乙二醇溶液、0.5-0.75mol/l的氯化锑的乙醇溶液。
10、作为本专利技术的进一步改进，在所述无水氯化亚锡的水溶液进行置换反应具体为：在80-90℃的惰性气体氛围中反应20-30h；在所述五水合硝酸铋的乙二醇溶液进行置换反应具体为：在室温下反应20-30h；在所述氯化锑的乙醇溶液进行置换反应具体为：在室温下反应20-30h。
11、作为本专利技术的进一步改进，步骤s4中所述盐酸的浓度为2-6wt％。
12、作为本专利技术的进一步改进，步骤s1中，无水氯化亚锡溶液的浓度为0.8-1.0wt％，盐酸的浓度为3-5wt％；步骤s2中，所述氯化钯溶液的浓度为0.04-0.05wt％，盐酸的浓度为0.2-0.3wt％；步骤s3中，所述化学镀液中镍离子的浓度为0.076-0.114mol/l。
13、作为本专利技术的进一步改进，步骤s3中，所述反应具体为：将浸泡有所述活化棉织物的化学镀液置于磁力搅拌器上，从室温升温至50-60℃，保持温度0.5-1.5h；所述磁力搅拌器的搅拌速率为500-600r/min。
14、作为本专利技术的进一步改进，步骤s1中，所述预先处理过的棉织物的处理具体为：将棉织物加入到1-3wt％的naoh溶液中在80-100℃下处理0.5-1.5h，洗涤干燥。
15、本专利技术还提供了一种棉织物基电极材料，采用上述任一项所述的棉织物基电极材料的制备方法制备得到。
16、本专利技术还提供了一种棉织物基电极材料的应用，将所述棉织物基电极材料用于制备柔性电池。
17、本专利技术的有益效果是：
18、(1)本专利技术提供的棉织物基电极材料的制备方法，首先将棉织物进行敏化、活化、化学镀镍得到镍包裹的棉织物，赋予棉织物具有良好的导电性，构建三维棉织物的导电网络并将其作为集流体；接着除去镍包裹的棉织物表面微量的氧化层，使其表面的金属层更干净、整洁；然后将镍与锡、铋或者锑的盐溶液发生置换反应，通过电化学电位的不同，将一部分镍置换为锡、铋或者锑，该动态交换过程中，棉织物表面的镍与锡、铋或者锑之间相互结合，在棉织物的表面形成均匀嵌合的混合金属层，从而使得棉织物既可以导电，也可为电池提供容量，且所得电极材料中镍基质的引入能缓解纯锡、铋或者锑在电池高倍率充放电过程中的体积急剧膨胀和结构破裂等问题，从而实现高容量、良好循环寿命和可弯曲的柔性储能器件，对可穿戴电子设备的实际应用具有重要意义。
19、本申请选用特殊三维结构的棉织物作为基底材料，所得电极材料具有较好的离子迁移率，进而使得电极材料的性能更优。同时，电极材料在制备过程中，不破坏棉织物原本的结构，是棉织物保持原有的优异结构。
20、(2)本专利技术的操作简单、容易制备，在棉织物以及棉织物的表面形成均匀嵌合本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种棉织物基电极材料的制备方法，其特征在于，先将棉织物进行敏化、活化、化学镀镍得到镍包裹的棉织物，再将所述镍包裹的棉织物置于盐酸中处理，得到表面处理棉织物；接着将所述表面处理棉织物置于含锡、铋或者锑的盐溶液中进行置换反应，真空干燥，得到棉织物基电极材料。
2.根据权利要求1所述的棉织物基电极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的棉织物基电极材料的制备方法，其特征在于，步骤S5中所述预设浓度的含锡、铋或者锑的盐溶液分别为0.01-0.015mol/L的无水氯化亚锡的水溶液、0.5-0.75mol/L的五水合硝酸铋的乙二醇溶液、0.5-0.75mol/L的氯化锑的乙醇溶液。
4.根据权利要求3所述的棉织物基电极材料的制备方法，其特征在于，在所述无水氯化亚锡的水溶液进行置换反应具体为：在80-90℃的惰性气体氛围中反应20-30h；在所述五水合硝酸铋的乙二醇溶液进行置换反应具体为：在室温下反应20-30h；在所述氯化锑的乙醇溶液进行置换反应具体为：在室温下反应20-30h。
5.根据权利要求2所述的棉织物
6.根据权利要求2所述的棉织物基电极材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，无水氯化亚锡溶液的浓度为0.8-1.0wt％，盐酸的浓度为3-5wt％；步骤S2中，所述氯化钯溶液的浓度为0.04-0.05wt％，盐酸的浓度为0.2-0.3wt％；步骤S3中，所述化学镀液中镍离子的浓度为0.076-0.114mol/L。
7.根据权利要求2所述的棉织物基电极材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述反应具体为：将浸泡有所述活化棉织物的化学镀液置于磁力搅拌器上，从室温升温至50-60℃，保持温度0.5-1.5h；所述磁力搅拌器的搅拌速率为500-600r/min。
8.根据权利要求2所述的棉织物基电极材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述预先处理过的棉织物的处理具体为：将棉织物加入到1-3wt％的NaOH溶液中在80-100℃下处理0.5-1.5h，洗涤干燥。
9.一种棉织物基电极材料，其特征在于：采用权利要求1至8任一项所述的棉织物基电极材料的制备方法制备得到。
10.一种权利要求1至8中任一项所述的棉织物基电极材料的制备方法制备得到的棉织物基电极材料或者权利要求9所述的棉织物基电极材料的应用，其特征在于：将所述棉织物基电极材料用于制备柔性电池。
...【技术特征摘要】
1.一种棉织物基电极材料的制备方法，其特征在于，先将棉织物进行敏化、活化、化学镀镍得到镍包裹的棉织物，再将所述镍包裹的棉织物置于盐酸中处理，得到表面处理棉织物；接着将所述表面处理棉织物置于含锡、铋或者锑的盐溶液中进行置换反应，真空干燥，得到棉织物基电极材料。
2.根据权利要求1所述的棉织物基电极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的棉织物基电极材料的制备方法，其特征在于，步骤s5中所述预设浓度的含锡、铋或者锑的盐溶液分别为0.01-0.015mol/l的无水氯化亚锡的水溶液、0.5-0.75mol/l的五水合硝酸铋的乙二醇溶液、0.5-0.75mol/l的氯化锑的乙醇溶液。
4.根据权利要求3所述的棉织物基电极材料的制备方法，其特征在于，在所述无水氯化亚锡的水溶液进行置换反应具体为：在80-90℃的惰性气体氛围中反应20-30h；在所述五水合硝酸铋的乙二醇溶液进行置换反应具体为：在室温下反应20-30h；在所述氯化锑的乙醇溶液进行置换反应具体为：在室温下反应20-30h。
5.根据权利要求2所述的棉织物基电极材料的制备方法，其特征在于，步骤s4中所述盐酸的浓度为2-6wt％。
6.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘学，王栋，崔朝宁，彭斌，李沐芳，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：
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