三维有序大孔SnO2薄膜的制备方法技术

三维有序大孔SnO2薄膜的制备方法，它涉及一种有序大孔薄膜的制备方法。本发明专利技术为了解决现有的制备三维有序大孔SnO2薄膜的方法中有序微结构不容易精确控制的技术问题。本方法如下：制备聚苯乙烯胶体晶体模板，使用直流电源，以锡片作为对比电极，以生长聚苯乙烯胶体晶体模板的镍片作为工作电极，沉积，即得到三维有序大孔SnO2薄膜。本发明专利技术方法得到的是由纳米颗粒聚集的薄膜，三维有序大孔结构具有的连通大孔可以使锂电池中电解液快速渗入，能够使得电解液快速扩散，与活性物质进行反应。几纳米到几十纳米的孔壁能够使得锂离子的固相扩散程减小，可降低活性物质表面发生局部极化的现象。本发明专利技术属于锂离子电池的负极材料的制备领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种大孔薄膜的制备方法。
技术介绍
现有的三维有序大孔氧化锡薄膜一般都是通过以聚苯乙烯微球为模板，通过溶胶-凝胶法填充胶体晶体模板，之后通过干燥、烧结固化，得到三维有序大孔的SnO2薄膜。这种方法有一定的局限性，由于溶胶前驱物会首先在毛细作用力下渗透到模板的空隙中，进而原位形成凝胶，因此前驱物溶液的浓度及粘性会严重影响其填充的完整性和均匀性。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有的制备三维有序大孔SnO2薄膜的方法中有序微结构不容易精确控制的技术问题，提供了一种三维有序大孔SnO2薄膜的制备方法。三维有序大孔SnO2薄膜的制备方法按照以下步骤进行：一、将镍箔用体积浓度为10％～30％的盐酸溶液浸泡5～10s，然后用无水乙醇擦拭镍箔表面，然后将镍箔固定在玻璃基片上，得到镍片，用浓度为0.2mol/L的聚苯乙烯水溶液或体积浓度为10％的聚苯乙烯无水乙醇溶液处理镍片，得到生长聚苯乙烯胶体晶体模板的镍片；二、使用直流电源，以锡片作为对比电极，以步骤一中生长聚苯乙烯胶体晶体模板的镍片作为工作电极，在电解液中以6～10mA/cm2的沉积电流密度用恒电流进行电沉积10～90min，取出电沉积后的生长聚苯乙烯胶体晶体模板的镍片，经自然风干，即得到三维有序大孔SnO2薄膜；步骤二中所述电解液由SnCl2、NaNO3、HNO3和HCl组成，电解液中SnCl2的浓度为10～30mmol/L，NaNO3的浓度为100mmol/L，HNO3的浓度为75mmol/L，HCl的浓度为32mmol/L。本专利技术所涉及的电化学沉积法是自下而上的填充方式，此方式沉积既可以对模板结构进行精确的复制，又可以对模板孔隙的完全填充，而且这种方式的填充不受某些重要因素限制。本专利技术方法具有以下优点：1、本专利技术的方法无需复杂设备，操作简便，室温即可实现，能耗低。2、通过本专利技术方法得到的是由纳米颗粒聚集的薄膜，另外三维有序大孔结构具有的连通大孔可以使锂电池中电解液快速渗入，能够使得电解液快速扩散与活性物质进行反应。几纳米到几十纳米的孔壁能够使得锂离子的固相扩散程减小，可降低活性物质表面发生局部极化的现象。3、本专利技术直接用电沉积的方法，将三维有序大孔薄膜沉积到镍集流体上，无须进行与炭黑、粘结剂复合和膏，提高了电极的整个比容量。在0.2C的恒电流充放电速率下，薄膜的首次放电容量为1200～1518mAh/g。之后50次循环后放电容量能达到570-692mAh/g。本专利技术的三维有序大孔SnO2薄膜用作锂离子电池的负极材料。附图说明图1是实验一获得的三维有序大孔SnO2薄膜的扫描电子显微镜图片。图2为具体实施方式七获得的三维有序大孔SnO2薄膜的冲放电曲线图，图中◆表示首次循环的放电曲线，表示50次循环的充电曲线，表示50次循环的放电曲线。具体实施方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。具体实施方式一：本实施方式三维有序大孔SnO2薄膜的制备方法按照以下步骤进行：一、将镍箔用体积浓度为10％～30％的盐酸溶液浸泡5～10s，然后用无水乙醇擦拭镍箔表面，然后将镍箔固定在玻璃基片上，得到镍片，用浓度为0.2mol/L的聚苯乙烯水溶液或体积浓度为10％的聚苯乙烯无水乙醇溶液处理镍片，得到生长聚苯乙烯胶体晶体模板的镍片；二、使用直流电源，以锡片作为对比电极，以步骤一中生长聚苯乙烯胶体晶体模板的镍片作为工作电极，在电解液中以6～10mA/cm2的沉积电流密度用恒电流进行电沉积10～90min，取出电沉积后的生长聚苯乙烯胶体晶体模板的镍片，经自然风干，即得到三维有序大孔SnO2薄膜；步骤二中所述电解液由SnCl2、NaNO3、HNO3和HCl组成，电解液中SnCl2的浓度为10～30mmol/L，NaNO3的浓度为100mmol/L，HNO3的浓度为75mmol/L，HCl的浓度为32mmol/L。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中用浓度为0.2mol/L的聚苯乙烯水溶液处理镍片方法为：将聚苯乙烯水溶液倒入平底烧杯中，再放入镍片，使聚苯乙烯水溶液的高度位于镍片的2/3处，然后将平底烧杯置于50℃烘箱内烘干。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是步骤一中用体积浓度为10％的聚苯乙烯无水乙醇溶液处理镍片方法为：将镍片垂直浸泡于聚苯乙烯无水乙醇溶液中10～20s后提出，重复操作3～5次，然后将镍片置于80℃烘箱内烘干。其它与具体实施方式一或二之一相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤一中将镍箔用体积浓度为10％～30％的盐酸溶液浸泡5～10s。其它与具体实施方式一至三之一相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤二中在电解液中以7mA/cm2的沉积电流密度用恒电流进行电沉积40min。其它与具体实施方式一至四之一相同。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤二中在电解液中以9mA/cm2的沉积电流密度用恒电流进行电沉积30min。其它与具体实施方式一至五之一相同。具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤二中在电解液中以8mA/cm2的沉积电流密度用恒电流进行电沉积80min。其它与具体实施方式一至六之一相同。具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤二中电解液中SnCl2的浓度为12mmol/L，NaNO3的浓度为100mmol/L，HNO3的浓度为75mmol/L，HCl的浓度为32mmol/L。其它与具体实施方式一至七之一相同。具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是步骤二中电解液中SnCl2的浓度为20mmol/L，NaNO3的浓度为100mmol/L，HNO3的浓度为75mmol/L，HCl的浓度为32mmol/L。其它与具体实施方式一至八之一相同。具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是步骤二中电解液中SnCl2的浓度为25mmol/L，NaNO3的浓度为100mmol/L，HNO3的浓度为75mmol/L，HCl的浓度为32mmol/L。其它与具体实施方式一至九之一相同。采用下述实验验证本专利技术效果：实验一：三维有序大孔SnO2薄膜的制备方法按本文档来自技高网...

【技术保护点】
三维有序大孔SnO2薄膜的制备方法，其特征在于三维有序大孔SnO2薄膜的制备方法按照以下步骤进行：一、将镍箔用体积浓度为10％～30％的盐酸溶液浸泡5～10s，然后用无水乙醇擦拭镍箔表面，然后将镍箔固定在玻璃基片上，得到镍片，用浓度为0.2mol/L的聚苯乙烯水溶液或体积浓度为10％的聚苯乙烯无水乙醇溶液处理镍片，得到生长聚苯乙烯胶体晶体模板的镍片；二、使用直流电源，以锡片作为对比电极，以步骤一中生长聚苯乙烯胶体晶体模板的镍片作为工作电极，在电解液中以6～10mA/cm2的沉积电流密度用恒电流进行电沉积10～90min，取出电沉积后的生长聚苯乙烯胶体晶体模板的镍片，经自然风干，即得到三维有序大孔SnO2薄膜；步骤二中所述电解液由SnCl2、NaNO3、HNO3和HCl组成，电解液中SnCl2的浓度为10～30mmol/L，NaNO3的浓度为100mmol/L，HNO3的浓度为75mmol/L，HCl的浓度为32mmol/L。

【技术特征摘要】
1.三维有序大孔SnO2薄膜的制备方法，其特征在于三维有序大孔SnO2薄膜的制备方
法按照以下步骤进行：
一、将镍箔用体积浓度为10％～30％的盐酸溶液浸泡5～10s，然后用无水乙醇擦拭镍箔
表面，然后将镍箔固定在玻璃基片上，得到镍片，用浓度为0.2mol/L的聚苯乙烯水溶液或
体积浓度为10％的聚苯乙烯无水乙醇溶液处理镍片，得到生长聚苯乙烯胶体晶体模板的镍
片；
二、使用直流电源，以锡片作为对比电极，以步骤一中生长聚苯乙烯胶体晶体模板的
镍片作为工作电极，在电解液中以6～10mA/cm2的沉积电流密度用恒电流进行电沉积
10～90min，取出电沉积后的生长聚苯乙烯胶体晶体模板的镍片，经自然风干，即得到三维
有序大孔SnO2薄膜；
步骤二中所述电解液由SnCl2、NaNO3、HNO3和HCl组成，电解液中SnCl2的浓度为
10～30mmol/L，NaNO3的浓度为100mmol/L，HNO3的浓度为75mmol/L，HCl的浓度为
32mmol/L。
2.根据权利要求1、2或3所述三维有序大孔SnO2薄膜的制备方法，其特征在于步骤
一中用浓度为0.2mol/L的聚苯乙烯水溶液处理镍片方法为：将聚苯乙烯水溶液倒入平底烧
杯中，再放入镍片，使聚苯乙烯水溶液的高度位于镍片的2/3处，然后将平底烧杯置于50℃
烘箱内烘干。
3.根据权利要求1、2或3所述三维有序大孔SnO2薄膜的制备方法，其特征在于步骤
一中用体积浓度为10％的聚苯乙烯无水乙醇溶液处理镍片方法为：将镍片垂直浸泡于聚苯
乙烯无水乙醇溶液中10～20s后提出，重复操作3～5次，然后将镍片置于8...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵九蓬，王一博，李垚，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23