CN106058301B - 用于锂离子电池负极的多孔泡沫锡基电极及其制备方法 - Google Patents
用于锂离子电池负极的多孔泡沫锡基电极及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106058301B CN106058301B CN201610415584.8A CN201610415584A CN106058301B CN 106058301 B CN106058301 B CN 106058301B CN 201610415584 A CN201610415584 A CN 201610415584A CN 106058301 B CN106058301 B CN 106058301B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrode
- lithium ion
- ion battery
- porous foam
- tinbase
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
- H01M4/387—Tin or alloys based on tin
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明涉及一种用于锂离子电池负极的多孔泡沫锡基电极及其制备方法,属于锂离子电池负极材料的改进技术领域。本发明所述的用于锂离子电池负极的多孔泡沫锡基电极,组成为锡、锡锑、锡锌、锌镁或锡铝合金,结构为三维网状开孔骨架,骨架厚度为1‑20μm,表面为纳米多孔或纳米松树花结构。本发明所述的一种用于锂离子电池负极的多孔泡沫锡基电极制备方法为微米受限空间内一步原位化学置换法。本发明所述的用于锂离子电池负极的多孔泡沫锡基电极,解决了锡为锂离子电池负极材料的体积膨胀问题,改善了电池的循环性能,延长了电池的寿命;本发明同时提供了一种多孔泡沫金属及其合金材料的制备方法,工艺简单,周期短,可操作性强。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于锂离子电池负极的多孔泡沫锡基电极及其制备方法,属于锂离子电池负极材料的改进技术领域。
背景技术
随着新能源电动汽车的迅速发展与推广,对锂离子电池的容量和寿命提出了更高的要求,传统以石墨为负极的锂离子电池逐渐不能满足其容量要求,因此,开发具有高容量和长寿命的锂离子电池具有重要的研究意义和应用前景,其中新型负极材料的设计与合成是实现这一目标的重要研究内容。
作为锂离子电池负极材料,锡具有高的质量比容量(993mAh/g),且锡基负极材料的脱嵌锂电位较高,能够避免大电流充放电负极侧锂枝晶的形成,提高电池的安全性。然而锡在充放电过程中由于锡锂合金化引起的大的体积膨胀所产生的内应力会导致锡电极发生粉化和剥落,最终导致材料的循环性能下降,限制了其应用。因此,设计与开发一种具有良好循环稳定性的锡负极材料及其制备方法对于推动高容量锡基锂离子电池的应用具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于锂离子电池负极的多孔泡沫锡基电极,其解决了锡为锂离子电池负极材料的体积膨胀问题,提高了锡负极稳定性,改善了电池的循环性能,延长了电池的寿命;本发明同时提供了一种多孔泡沫金属及其合金材料的制备方法,工艺简单,周期短,可操作性强。
本发明所述的用于锂离子电池负极的多孔泡沫锡基电极,组成为锡、锡锑、锡锌、锡镁或锡铝合金,结构为三维网状多孔骨架,表面为纳米多孔或纳米松树花结构。
所述三维网状多孔骨架厚度为1-20μm;
所述纳米多孔的单个孔径为50-100nm。
所述纳米松树花的单个纳米花的长度100-500nm。
所述的用于锂离子电池负极的多孔泡沫锡基电极的制备方法为一步原位化学置换法,包括以下步骤:
S1:分别配制含有SnCl2、SbCl3的乙醇溶液,或者分别配制含有SnCl2、SbCl3的乙二醇溶液;
S2:将多孔泡沫Zn、Al或Mg置于无水乙醇中,超声1h使其网络内部充分润湿;
S3:将S1步骤中配制的任意一种溶液滴加到S2步骤中的多孔金属周围,超声振荡,通氮气反应2h-4h,室温原位置换;
S4:加入1M盐酸室温反应直到没有气泡,酸洗后浸入充氮气的冷水中超声清洗;
所述的SnCl2的浓度为0.05M-1M,SbCl3的浓度为0.1M-5M;
所述Zn与SnCl2的浓度比为(1∶1)-(5∶1),Zn与SbCl3的浓度比为(3∶2)-(9∶2),Mg与SnCl2的浓度比为(2∶1)-(7∶1),Mg与SbCl3的浓度比为(5∶2)-(11∶2);Al与SnCl2的浓度比为(1∶1)-(8∶1),Al与SbCl3的浓度比为(2∶1)-(5∶1)。
虽然本发明采用常用的电流置换法制备多孔泡沫锡基电极,但分别以多孔泡沫镁、泡沫锌以及泡沫铝为模板,即都是在受限的网状孔微米结构内进行,在网状微米孔内比在基体表面要反应复杂很多;同时,与常规电流置换法制备贵金属微米或纳米结构不同,由于采用的多孔泡沫组成为金属镁、锌与铝,这几种金属电极电位与金属锡及锑的电极电位相近,反应困难、复杂且置换过程不同,工艺条件改变对于上述两个步骤起着至关重要的影响,通过实践证明,只有采用上述的工艺条件才能达到要求。
本发明与现有技术相比,具有以下有益效果:
(1)利用多孔泡沫锡的孔结构、微观纳米多孔结构或纳米松树花的枝叶结构缓解了锡为锂离子电池负极材料的体积膨胀问题,改善了电池的循环性能,延长了电池的寿命;
(2)在受限的网状微米孔结构内,采用电位相近多孔泡沫金属(镁、锌、铝)作为模板,通过控制电流置换条件原位形成了多孔泡沫锡基合金材料,并可以通过控制反应物比例及置换条件,调控多孔泡沫锡基合金的组成及结构,进而调控锂离子电池容量和寿命;
(3)用于锂离子电池负极的多孔泡沫锡基电极及其制备方法,制备工艺简单,周期短,可操作性强。
(4)提供了一种多孔泡沫金属及其合金材料的制备方法,工艺简单,周期短,可操作性强。
附图说明
图1是实施例1-3制备的多孔泡沫Sn基电极的循环性能曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明,但其并不限制本发明的实施。
实施例1
配制浓度分别为0.05M与0.1M的SnCl2和SbCl3的乙醇溶液,超声分散均匀;取尺寸为20mm×20mm×2mm的多孔泡沫Zn置于乙醇溶液中,其中Zn与(SnCl2+SbCl3)的摩尔比为5∶3,超声1h使泡沫内部充分润湿;将SnCl2和SbCl3的乙醇缓慢滴加到多孔泡沫Zn的乙醇溶液中,超声振荡,通氮气反应2h-4h,;然后加入1M盐酸室温反应直到没有气泡,酸洗后浸入充氮气的冷水中超声清洗,干燥。最后得到产物。将制备的电极用于组装扣式半电池并进行性能测试,在100mA/g的电流密度下,循环100次后,电池可逆容量保持在820mAhg-1。
实施例2
实验条件和操作步骤与实施例1其他相同,改变的条件如下:
配制浓度为0.05M的SnCl2的乙醇溶液,超声分散均匀;取尺寸为20mm×20mm×2mm的多孔泡沫镁置于乙醇溶液中,其中Mg与SnCl2的摩尔比为2∶1,超声1h使泡沫内部充分润湿;将SnCl2溶液缓慢滴加到多孔泡沫Mg的乙醇溶液中,超声振荡,通氮气反应2h-4h,;然后加入1M盐酸室温反应直到没有气泡,酸洗后浸入充氮气的冷水中超声清洗,干燥。最后得到产物。将制备的电极用于组装扣式半电池并进行性能测试,在100mA/g的电流密度下,循环100圈后,电池可逆容量保持在770mAh·g-1。
实施例3
配制浓度为0.05M的SnCl2的乙醇溶液,超声分散均匀;取尺寸为20mm×20mm×2mm的多孔泡沫Zn置于乙醇溶液中,其中Zn与SnCl2的摩尔比为5∶1,超声1h使泡沫内部充分润湿;将SnCl2溶液缓慢滴加到多孔泡沫Zn的乙醇溶液中,超声振荡,通氮气反应2h-4h,;然后加入1M盐酸室温反应直到没有气泡,酸洗后浸入充氮气的冷水中超声清洗,干燥。最后得到产物。将制备的电极用于组装扣式半电池并进行性能测试,在100mA/g的电流密度下,循环100圈后,电池可逆容量保持在680mAh·g-1。
Claims (3)
1.一种用于锂离子电池负极的多孔泡沫锡基电极,其特征在于:组成为锡、锡锑、锡锌、锡镁或锡铝合金,结构为三维网状开孔骨架,骨架厚度为1-20微米,表面为纳米多孔或纳米松树花结构;
所述的用于锂离子电池负极的多孔泡沫锡基电极的制备方法,为一步原位化学置换法,反应条件为微米受限空间;
所述的一步原位化学置换法包括以下步骤:
S1:分别配制含有SnCl2、SbCl3的乙醇溶液,或者分别配制含有SnCl2、SbCl3的乙二醇溶液;
S2:将多孔泡沫Zn、Al或Mg置于无水乙醇中,超声1h使其网络内部充分润湿;
S3:将S1步骤中配制的任意一种溶液滴加到S2步骤中的多孔金属周围,超声振荡,通氮气反应2h-4h,室温原位置换;
S4:加入1M盐酸室温反应直到没有气泡,酸洗后浸入充氮气的冷水中超声清洗;
所述的SnCl2的浓度为0.05M-1M,SbCl3的浓度为0.1M-5M;
所述Zn与SnCl2的浓度比为(1∶1)-(5∶1),Zn与SbCl3的浓度比为(3∶2)-(9∶2),Mg与SnCl2的浓度比为(2∶1)-(7∶1),Mg与SbCl3的浓度比为(5∶2)-(11∶2);Al与SnCl2的浓度比为(1∶1)-(8∶1),Al与SbCl3的浓度比为(2∶1)-(5∶1)。
2.根据权利要求1所述的用于锂离子电池负极的多孔泡沫锡基电极,其特征在于:所述纳米多孔的单个孔径为50-100nm。
3.根据权利要求1所述的用于锂离子电池负极的多孔泡沫锡基电极,其特征在于:所述纳米松树花的单个纳米花长度100-500nm。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610415584.8A CN106058301B (zh) | 2016-06-06 | 2016-06-06 | 用于锂离子电池负极的多孔泡沫锡基电极及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610415584.8A CN106058301B (zh) | 2016-06-06 | 2016-06-06 | 用于锂离子电池负极的多孔泡沫锡基电极及其制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106058301A CN106058301A (zh) | 2016-10-26 |
CN106058301B true CN106058301B (zh) | 2018-11-20 |
Family
ID=57170961
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201610415584.8A Active CN106058301B (zh) | 2016-06-06 | 2016-06-06 | 用于锂离子电池负极的多孔泡沫锡基电极及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106058301B (zh) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109763013B (zh) * | 2019-03-04 | 2020-11-20 | 东南大学 | 一种超细泡沫锡基材料的制备方法 |
CN114864950A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-08-05 | 山东合泰新能源有限公司 | 一种电极集流体及其制备方法和锌镍电池 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101447567A (zh) * | 2008-12-26 | 2009-06-03 | 合肥工业大学 | 锂离子电池镍锡合金薄膜电极电化学沉积制备方法 |
CN101877399A (zh) * | 2010-06-30 | 2010-11-03 | 复旦大学 | 锂离子电池用三维多孔锡铜合金负极材料的制备方法 |
CN103236526A (zh) * | 2013-04-10 | 2013-08-07 | 太原理工大学 | 锂离子电池负极材料中空锡合金纳米颗粒及其制备方法 |
CN103441243A (zh) * | 2013-07-04 | 2013-12-11 | 天津大学 | 粒径小于50纳米的中空锡合金纳米颗粒的制备方法及应用 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101623447B1 (ko) * | 2014-10-14 | 2016-05-23 | 국민대학교산학협력단 | 리튬 이차전지용 음극의 제조방법 |
-
2016
- 2016-06-06 CN CN201610415584.8A patent/CN106058301B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101447567A (zh) * | 2008-12-26 | 2009-06-03 | 合肥工业大学 | 锂离子电池镍锡合金薄膜电极电化学沉积制备方法 |
CN101877399A (zh) * | 2010-06-30 | 2010-11-03 | 复旦大学 | 锂离子电池用三维多孔锡铜合金负极材料的制备方法 |
CN103236526A (zh) * | 2013-04-10 | 2013-08-07 | 太原理工大学 | 锂离子电池负极材料中空锡合金纳米颗粒及其制备方法 |
CN103441243A (zh) * | 2013-07-04 | 2013-12-11 | 天津大学 | 粒径小于50纳米的中空锡合金纳米颗粒的制备方法及应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN106058301A (zh) | 2016-10-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Yi et al. | Self-templating growth of Sb 2 Se 3@ C microtube: a convention-alloying-type anode material for enhanced K-ion batteries | |
Li et al. | Electrochemical synthesis of nanostructured materials for electrochemical energy conversion and storage | |
CN102683655B (zh) | 锂离子电池三维多孔硅基复合负极及其制备方法 | |
CN110518254B (zh) | 一种锂金属电池用负极集流体及其制备方法和应用 | |
CN108140813A (zh) | 三维多孔阳极电极的制造 | |
Sarkar et al. | An overview on Sb-based intermetallics and alloys for sodium-ion batteries: trends, challenges and future prospects from material synthesis to battery performance | |
CN102569756A (zh) | 锂离子电池负极用硅/石墨烯纳米复合材料的制备方法 | |
Chen et al. | Facile synthesis of Cu2O nanorod arrays on Cu foam as a self-supporting anode material for lithium ion batteries | |
Wei et al. | Self-assembled ZnO-carbon dots anode materials for high performance nickel-zinc alkaline batteries | |
Liu et al. | Porous zinc anode design for zn-air chemistry | |
CN104868094A (zh) | 多孔状RuO2/MnO2复合电极及其制备方法和应用 | |
CN108199014A (zh) | 一种多孔氮掺杂碳/Fe2O3/石墨烯泡沫柔性复合材料、制备方法及其应用 | |
CN105355925A (zh) | 一种三维有序镍骨架负载锗基锂电池负极材料的制备方法 | |
CN103247792A (zh) | 一类纳米多孔硅合金材料及其制备方法 | |
CN108172805A (zh) | 一种碳包覆镍钴钼金属氧化物复合电极材料及其制备方法 | |
CN106058301B (zh) | 用于锂离子电池负极的多孔泡沫锡基电极及其制备方法 | |
CN116093259A (zh) | 一种半固态锂电负极结构及其制备方法 | |
CN108682796A (zh) | 一种合金物质包覆的硅碳负极材料及其制备方法 | |
CN103606683A (zh) | 一种线团状的锗纳米材料及其制备方法 | |
Peng et al. | Synergistically reinforced lithium storage performance of in situ chemically grown silicon@ silicon oxide core–shell nanowires on three-dimensional conductive graphitic scaffolds | |
CN103337612A (zh) | 一种纳米多孔硅碳复合材料及其制备方法 | |
KR102255159B1 (ko) | 메조 다공성 탄소를 포함하는 리튬 이차전지용 금속 음극 및 이의 제조방법 | |
CN112349875A (zh) | 基于中空管状三维纳米多孔结构的锂离子电池铜-铜氧化物一体化负极及制备方法 | |
CN110010982A (zh) | 电池 | |
CN117080584A (zh) | 一种含有麦芽糖醇的水系锌离子电解液添加剂及其应用 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230908 Address after: Building 1, Liangchuang Center Park, No. 1370 Jiagang Road, Xinfeng Town, Nanhu District, Jiaxing City, Zhejiang Province, 314001 Patentee after: Zhejiang Vast Sodium Technology Co.,Ltd. Address before: 030024 Taiyuan University of Technology, 79 West Avenue, Shanxi, Taiyuan, Yingze Patentee before: Taiyuan University of Technology |
|
TR01 | Transfer of patent right |