CN115007861A - 一种制备多孔锡的方法及其在钠离子电池中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制备多孔锡的方法及其在钠离子电池中的应用。步骤如下：将商业化的锡箔或锡粉制作成电极材料，然后组装成锂/钠/钾离子电池，进行放电；随后将电极材料取出，浸泡在溶剂中，过滤、洗涤、烘干后，即可制备出多孔锡。本发明采用放电进行锂/钠钾‑锡的合金化，然后采用水/酒精进行脱合金过程取出锂/钠钾，从而获得多孔锡，整个制备过程简单绿色，有效降低生产成本；所制备的多孔锡能较好的缓冲循环过程中产生的体积膨胀，提高其循环性能。

Description

一种制备多孔锡的方法及其在钠离子电池中的应用
技术领域
本发明属于电池技术领域，具体涉及一种制备多孔锡的方法及其在钠离子电池中的应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
钠离子电池作为锂离子电池的低成本替代品逐渐引起了人们的关注。锡是最有前途的钠离子电池的负极材料之一，其储钠容量高达847mAh g-1，是绝大多数商业化锂离子电池负极材料所用石墨的2倍多，且价格相对较低、无毒，不会污染环境，使用相对安全。但是，锡在循环过程中会产生较大的体积膨胀，造成电极材料粉化破碎，于集流体之间丧失接触，从而影响材料的循环性能。将锡多孔化是解决上述问题有效的方法之一。多孔结构可以有效的缓冲循环过程中产生的体积变化，促进离子的传输，加速电解液的浸润，因此可以有效的提高材料的电化学性能。但目前制备多孔锡的方法存在以下问题：制备方法过于复杂，多孔结构不能满足钠离子电池的应用需求等。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种制备多孔锡的方法及其在钠离子电池中的应用。该方法简单易行，绿色环保，制备得到的多孔锡能较好的缓冲循环过程中产生的体积膨胀，提高其循环性能。
为了实现以上技术效果，本申请提供以下技术方案：
本发明的第一方面，提供一种简易制备多孔锡的方法，包括如下步骤：
(1)将锡箔或锡粉制作成电极材料，组装成二次电池，进行放电；
(2)随后将电极材料取出，浸泡在溶剂中，过滤、洗涤、烘干后，即可制备出多孔锡。
所述二次电池为锂离子电池、钠离子电池、或钾离子电池。
所述的放电电流密度是0.1-10mA cm-2，时间是0.1-20h。
所述的溶剂是水、乙醇中的一种或两种的混合物。
浸泡时间是0.5-5h。
所述的烘干方式为真空干燥，温度是70-120℃，时间为5-24h。
本发明的第二方面，提供一种上述方法制备的多孔锡。
本发明的第三方面，提供一种上述方法制备的多孔锡在钠离子电池中的应用。进一步的，该多孔锡作为负极使用。
本发明的第四方面，提供一种上述方法制备的多孔锡在锂、钾离子电池中的应用。进一步的，该多孔锡作为负极使用。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明采用放电进行锂/钠钾-锡的合金化，然后采用水/乙醇进行脱合金过程取出锂/钠钾，从而获得多孔锡，整个制备过程简单绿色，有效降低生产成本。
(2)所制备的多孔锡的孔径分布较为均匀，能较好的缓冲循环过程中产生的体积膨胀，提高其循环性能。
(3)通过控制合金化的深度及脱合金化的速率，可控制多孔锡的孔隙率，获得良好的倍率性能。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为实施例1中多孔锡的XRD图。
图2为实施例1中多孔锡作为钠离子电池负极材料时的循环伏安曲线图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
正如背景技术所介绍的，针对现有技术中存在的不足，本发明提出了一种简易制备多孔锡的方法及其在钠离子电池中的应用。为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1
一种简易制备多孔锡的方法：
组装钠电池：对电极和参比电极采用金属钠，工作电极采用商业化锡箔，电解液采用1M NaPF6+EC/DEC。
在1mA cm-2的电流密度下放电5h，然后取出，浸泡在酒精中4h，过滤、烘干后，即可制备出多孔锡材料。
图1为实施例1中多孔锡的XRD图，图中出现锡的特征峰，并且没有其他的杂峰，说明合成的多孔锡材料纯度较高。
图2为实施例1中多孔锡作为钠离子电池负极材料时的循环伏安曲线图。从图中可以观察到锡作为钠离子电池负极材料时的特征峰，此外，重合的曲线进一步说明了合成的多孔锡具有良好的循环性能。
实施例2
一种简易制备多孔锡的方法：
组装锂电池：对电极和参比电极采用金属锂，工作电极采用商业化锡箔，电解液采用1M LiPF6+EC/DEC。
在2mA cm-2的电流密度下放电4.5h，然后取出，浸泡在酒精中5h，过滤、烘干后，即可制备出多孔锡材料。
实施例3
一种简易制备多孔锡的方法：
组装钾电池：对电极和参比电极采用金属钾，工作电极采用商业化锡箔，电解液采用1M KPF6+EC/DEC。
在0.5mA cm-2的电流密度下放电8h，然后取出，浸泡在酒精中2h，过滤、烘干后，即可制备出多孔锡材料。
实施例4
一种简易制备多孔锡的方法：
组装钠电池：对电极和参比电极采用金属钠，工作电极采用商业化锡箔，电解液采用1M NaPF6+EC/DEC。
在2mA cm-2的电流密度下放电2h，然后取出，浸泡在酒精中5h，过滤、烘干后，即可制备出多孔锡材料。
实施例5
一种简易制备多孔锡的方法：
组装锂电池：对电极和参比电极采用金属锂，工作电极采用商业化锡箔，电解液采用1M LiPF6+EC/DEC。
在5mA cm-2的电流密度下放电1.5h，然后取出，浸泡在酒精中5h，过滤、烘干后，即可制备出多孔锡材料。
实施例6
一种简易制备多孔锡的方法：
组装钾电池：对电极和参比电极采用金属钾，工作电极采用商业化锡箔，电解液采用1M NaPF6+EC/DEC。
在0.2mA cm-2的电流密度下放电6h，然后取出，浸泡在酒精中1.2h，过滤、烘干后，即可制备出多孔锡材料。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种简易制备多孔锡的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将锡箔或锡粉制作成电极材料，组装成二次电池，进行放电；
(2)随后将电极材料取出，浸泡在溶剂中，过滤、洗涤、烘干后，即可制备出多孔锡。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述二次电池为锂离子电池、钠离子电池、或钾离子电池。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述的放电电流密度是0.1-10mA cm-2，时间是0.1-20h。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述的溶剂是水、乙醇中的一种或两种的混合物。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，浸泡时间是0.5-5h。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述的烘干方式为真空干燥，温度是70-120℃，时间为5-24h。
7.根据上述权利要求任一项所述方法制备得到的多孔锡。
8.根据权利要求7所述多孔锡在钠离子电池中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，该多孔锡作为负极使用。
10.根据权利要求7所述多孔锡在锂、钾离子电池中的应用；优选的，该多孔锡作为负极使用。
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