CN103325998B - 柔性纳米SnO2/Si复合物锂离子电池负极材料及其制备方法 - Google Patents

柔性纳米SnO2/Si复合物锂离子电池负极材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103325998B
CN103325998B CN201310178308.0A CN201310178308A CN103325998B CN 103325998 B CN103325998 B CN 103325998B CN 201310178308 A CN201310178308 A CN 201310178308A CN 103325998 B CN103325998 B CN 103325998B
Authority
CN
China
Prior art keywords
flexible
carbon cloth
sno
lithium ion
sno2
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.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201310178308.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103325998A (zh
Inventor
程传伟
任伟娜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tongji University
Original Assignee
Tongji University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tongji University filed Critical Tongji University
Priority to CN201310178308.0A priority Critical patent/CN103325998B/zh
Publication of CN103325998A publication Critical patent/CN103325998A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103325998B publication Critical patent/CN103325998B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • 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

  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

柔性纳米SnO2/Si复合物锂离子电池负极材料及其制备方法，属于电化学电源制备领域，主要提高负极材料的充放电容量和循环稳定性，适用于便携式电池和动力电源负极材料。首先选用导电碳布材料作为柔性基底，用离子溅射仪在碳布基底上溅射2~3nm？Au；然后在溅射Au的碳布基底上气相生长SnO2纳米线；最后在SnO2纳米线表面用等离子增强气相沉积一层10-20nm厚的Si，获得柔性SnO2/Si复合锂离子负极材料。该方法采用柔性碳布基底，可弯曲、可折叠，无需任何粘结剂，机械力学性能好，提高了电池充放电容量（>1000？mAh？g-1），循环稳定性好。

Description

柔性纳米SnO2/Si复合物锂离子电池负极材料及其制备方法
技术领域
本发明属于电化学电源制备领域，特别涉及一种柔性纳米SnO2/Si复合物锂离子电池负极材料制备方法，主要提高负极材料的充放电容量和循环稳定性，适用于便携式电池和动力电源负极材料。
背景技术
随着动力电池的发展，锂离子动力电池充放电速度快，循环寿命长，负载性能好，工作电压高等优点，逐渐成为主流产品，已广泛应用于各种便携式电子器件电源和动力电源。锂离子电池负极材料作为提高电池能量及循环寿命的重要因素，受到了广泛研究。锂离子电池负极材料主要有碳基材料，锡基材料，和硅基材料等，其中商业应用比较广泛的是碳基材料，由于其安全性和循环稳定性，但是受限于充放电容量低，~300mAh/g。为了进一步提高锂电池的容量，研究的目光纷纷转向锡基和Si基材料，SnO2和Si材料的理论电池容量分别为781mAhg-1和4200mAhg-1，是两种比较有前途的锂电池负极材料。在嵌锂/脱锂过程中，材料容积的巨大变化，导致材料粉末化严重，引起Si和SnO2电极材料循环性能较差。
大量研究表明通过纳米结构设计可以大大改善Si电极的循环寿命。此外，柔性锂离子电池在柔性电子器件领域具有重要的应用。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，公开一种柔性纳米SnO2/Si复合物锂离子电池负极材料制备方法，该方法采用柔性碳布基底，可弯曲、可折叠，无需任何粘结剂，机械力学性能好，提高了电池充放电容量（>1000mAhg-1），循环稳定性好。
为实现上述目的，本发明给出的技术方案为：
一种柔性纳米SnO2/Si复合物锂离子电池负极材料制备方法，其特征在于，该方法的工艺过程是：首先选用导电碳布材料作为柔性基底，用离子溅射仪在碳布基底上溅射2~3nmAu；然后在溅射Au的碳布基底上气相生长SnO2纳米线；最后在SnO2纳米线表面用等离子增强气相沉积一层10-20nm厚的Si，获得柔性SnO2/Si复合锂离子负极材料。
本发明进一步需要保护由上述方法获得的柔性纳米SnO2/Si复合物锂离子电池负极材料,其特征在于,其材料结构表征为:采用三维分级结构设计,柔性的导电碳布作为基底,SnO2纳米线作为中间层,所述中间层作为骨架用以支撑顶层的Si薄膜,从而形成三维SnO2Si核-壳/碳布分级结构。
本发明通过纳米结构设计，柔性碳布基底上制备三维SnO2Si核-壳结构纳米线锂电池负极材料，改善电池负极材料的充放电容量和循环寿命。与现有技术相比，本发明技术方案的创新点及带来的有益效果具体表现为：
1.采用碳布材料设计了一种柔性锂电池负极，可弯曲，折叠。
2.采用SnO2纳米线作为骨架材料支撑Si薄膜，改善Si的循环性能，提高了电池充放电容量。
3.三维分级结构设计，具有高比表面积，提高电池容量和能量密度。
附图说明
以下结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步说明。
图1为实施例1中实施步骤过程中获得的三维SnO2纳米线/碳布分级结构扫描电镜图片（a、b为不同的放大比例）。
图2为实施例1最终后获得的SnO2Si核壳结构纳米高分辨透射电镜图片。
图3.为实施例1最终后获得的SnO2Si/碳布电极前三次充放电曲线。
图4为实施例1最终后获得的SnO2Si/碳布电极循环稳定性。
具体实施方式
实施例1
一种柔性纳米SnO2/Si复合物锂离子电池负极材料的制备方法，
1、首先选用一片1.5*3cm2大小导电碳布材料作为柔性基底，其特征是选用碳布基底，由高导电碳纤维编织而成，电导率<5mΩ*cm2。
2、利用离子溅射方法在碳布基底上沉积2-3nmAu作为催化剂，沉积时间150s。
3、在碳布基底上生长SnO2纳米线，具体过程：将0.1g99.99%的Sn粉和溅射Au的碳布基底放入石英舟中，然后将石英舟载入直径40cm的化学气相沉积装置的石英管中，抽真空，程序控制炉子升温到800°C，保温40分钟，其中通99.5%Ar和0.5%O2的混合气，气流30sscm，反应腔压强控制约5mbar，其特征Sn粉作为反应源，利用Au辅助催化生长SnO2纳米线，如附图1所示。
图1是三维SnO2纳米线/碳布分级结构扫描电镜图片，通过FEISirion200场发射电子扫描电镜，5Kev加速电压下测得，如图所示，SnO2纳米线均匀分布在每根碳纤维表面，直径80-100nm，长约数十微米，形成三维分级结构。
4、将生长SnO2纳米线的碳布基底放入等离子增强化学气相沉积***反应腔内，在纳米线表面沉积涂覆一层Si，SiH4气做反应前躯体（4sccm），H2做载流气和保护性气氛（40sccm），沉积温度220°C，工作压强40Pa，产生等离子体功率20W，其特征沉积的Si为无定型Si，如图2所示。
图2是SnO2Si核壳结构纳米高分辨透射电镜图片，通过JEM2010F透射电镜，加速电压200Kev测得，表明其核-壳结构，SnO2是单晶结构，Si为无定型态。
本实施例通过纳米结构设计，柔性碳布基底上制备三维SnO2Si核-壳结构纳米线锂电池负极材料，改善电池负极材料的充放电容量和循环寿命，如图3、图4所示的SnO2Si/碳布电极前三次充放电和循环稳定性测试。采用本实施例获得的SnO2Si/碳布作为阳极，锂片作为阴极材料，聚丙烯膜为隔膜，溶于碳酸次乙酯和碳酸二乙酯中(体积比1:1)的1MLiPF6为电解液，充放电测试在LandCT2001A电池测试***下完成，测试电压范围0.01-3V，测试温度室温，测试电流密度200mAhg-1。首次放电容量约1300mAhg-1，是现有技术碳材料电极的容量的4倍左右，初步循环稳定性测试，50次循环后，容量保持65%左右。

Claims (2)

1.一种柔性纳米SnO2/Si复合物锂离子电池负极材料制备方法，其特征在于，首先选用导电碳布材料作为柔性基底，用离子溅射仪在碳布基底上溅射2～3nmAu；然后在溅射Au的碳布基底上气相生长SnO2纳米线；最后在SnO2纳米线表面用等离子增强化学气相沉积一层10-20nm厚的Si，获得柔性SnO2/Si复合锂离子负极材料。
2.由权利要求1方法获得的柔性纳米SnO2/Si复合物锂离子电池负极材料,其特征在于,其材料结构表征为:采用三维分级结构设计,柔性的导电碳布作为基底,SnO2纳米线作为中间层,所述中间层作为骨架用以支撑顶层的Si薄膜,从而形成三维SnO2Si核-壳/碳布分级结构。
CN201310178308.0A 2013-05-15 2013-05-15 柔性纳米SnO2/Si复合物锂离子电池负极材料及其制备方法 Expired - Fee Related CN103325998B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310178308.0A CN103325998B (zh) 2013-05-15 2013-05-15 柔性纳米SnO2/Si复合物锂离子电池负极材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310178308.0A CN103325998B (zh) 2013-05-15 2013-05-15 柔性纳米SnO2/Si复合物锂离子电池负极材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103325998A CN103325998A (zh) 2013-09-25
CN103325998B true CN103325998B (zh) 2016-01-20

Family

ID=49194625

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310178308.0A Expired - Fee Related CN103325998B (zh) 2013-05-15 2013-05-15 柔性纳米SnO2/Si复合物锂离子电池负极材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103325998B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103598940A (zh) * 2013-11-13 2014-02-26 金进科技（深圳）有限公司 一种激光红外保健颈套
CN103779534B (zh) * 2014-01-21 2017-02-01 南京安普瑞斯有限公司 独立的一维共轴纳米结构
CN108565405B (zh) * 2018-01-03 2020-10-27 西北工业大学 α-Fe2O3@Si@C柔性锂离子电池负极材料及其制备方法
CN108470882A (zh) * 2018-03-30 2018-08-31 江汉大学 氧化锡改性碳布基锂及钠金属负极及其制备方法
CN108493402B (zh) * 2018-04-12 2021-04-02 太原科技大学 利用离子束溅射技术制备锂硫电池正极片的方法
CN110137441B (zh) * 2019-02-28 2021-03-26 厦门理工学院 一种碳纤维原位负载氮化镓负极材料、制备方法及锂离子电池
CN111554916A (zh) * 2020-05-18 2020-08-18 南开大学 一种准固态柔性Na-O2室温二次电池及制备方法
CN112599755B (zh) * 2021-01-09 2022-05-17 福州大学 一种硅-二氧化锡链状和枝状核壳结构锂离子电池负极材料及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1885596A (zh) * 2006-05-24 2006-12-27 天津大学 锂离子电池负极材料
CN101071860A (zh) * 2007-06-08 2007-11-14 大连理工大学 一种柔性集流体
CN101515648A (zh) * 2009-03-19 2009-08-26 同济大学 一种可用于燃料电池的新型膜电极组件,制备方法及其应用
CN102593436A (zh) * 2012-02-27 2012-07-18 清华大学 一种锂离子电池用自支撑柔性碳纳米管纸复合电极材料
CN102881907A (zh) * 2012-10-16 2013-01-16 湖南大学 一种锂离子电池用石墨烯基电极材料的制备方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102544479B (zh) * 2011-12-15 2013-10-30 华中科技大学 钴酸锌阵列/碳布复合锂离子电池负极材料的制备方法
CN102544574B (zh) * 2011-12-30 2014-03-05 华中科技大学 一种柔性锂离子电池及其封装方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1885596A (zh) * 2006-05-24 2006-12-27 天津大学 锂离子电池负极材料
CN101071860A (zh) * 2007-06-08 2007-11-14 大连理工大学 一种柔性集流体
CN101515648A (zh) * 2009-03-19 2009-08-26 同济大学 一种可用于燃料电池的新型膜电极组件,制备方法及其应用
CN102593436A (zh) * 2012-02-27 2012-07-18 清华大学 一种锂离子电池用自支撑柔性碳纳米管纸复合电极材料
CN102881907A (zh) * 2012-10-16 2013-01-16 湖南大学 一种锂离子电池用石墨烯基电极材料的制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Nanoscale Si coating on the pore walls of SnO2 nanatube anode for Li rechargeable batteries";Woo Jin Lee等;《Chemical Communications》;20091120(第46期);第622页右栏第2段至第624页右栏第2段 *
"化学气相沉积法制备氧化锡自组装纳米结构";刘星辉等;《物理化学学报》;20070331;第23卷(第3期);第362页左栏第2段至第365页左栏第1段 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN103325998A (zh) 2013-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103325998B (zh) 柔性纳米SnO2/Si复合物锂离子电池负极材料及其制备方法
Yao et al. Superior high-rate lithium-ion storage on Ti2Nb10O29 arrays via synergistic TiC/C skeleton and N-doped carbon shell
Gao et al. Cotton textile enabled, all-solid-state flexible supercapacitors
CN103956520B (zh) 基于三维石墨烯支架结构的高性能锂离子电池制备方法
CN106450154B (zh) 一种锂离子电池铝集流体表面原位生长石墨烯的制备方法
CN103219491B (zh) 一种硫化铜正极及其制备方法
CN105226258B (zh) 一种锂离子电池负极复合薄膜材料及其制备方法
CN103956275A (zh) 三维石墨烯网络增强活性炭超级电容器极片的制备方法
CN105529464A (zh) 一种锂硫电池
CN103413920B (zh) 一种锂离子电池用硅/取向碳纳米管复合负极材料及其制备方法
Liu et al. Dual carbon decorated germanium-carbon composite as a stable anode for sodium/potassium-ion batteries
Liu et al. An aqueous rechargeable sodium− magnesium mixed ion battery based on NaTi2 (PO4) 3–MnO2 system
CN102709531A (zh) 一种锂离子电池及其负极
Pan et al. Significant effect of electron transfer between current collector and active material on high rate performance of Li4Ti5O12
CN113299924B (zh) 一种碳纳米管/氧化钼集成阵列电极材料的制备方法及应用
CN114122352A (zh) 一种多孔碳掺杂诱导硅沉积的硅碳负极材料及其制备方法
CN104466104A (zh) 一种锂离子电池锗石墨烯复合负极材料及其制备方法
CN105826518B (zh) 锂电池用多层薄膜负极、制备方法及应用
Tian et al. Electrodeposition behavior of lithium metal on carbon substrates with surface silvering
CN111180661B (zh) 一种磁控溅射制备铝电池正极的方法
CN107482194B (zh) 一种无定形二氧化锗/多管道纳米碳纤维及其制备方法
CN106803570B (zh) 一种锂电池用SiCO-碳纳米管复合薄膜电极
CN104300113A (zh) 一种碳包覆氧化铁锂离子电池电极及其制备方法和用途
CN109427490A (zh) 一种基于双碳电极钠离子电容器的制备及组装技术
CN108987858A (zh) 基于金属集流体的锂空气/氧气电池及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160120

Termination date: 20190515

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee