一种锑基一体化电极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种锑基一体化电极及其制备方法和应用，属于电极制备方法技术领域。该方法包括依次利用水热反应工艺在钛箔基底上原位沉积黄锑矿(Sb

【技术实现步骤摘要】
一种锑基一体化电极及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电极制备方法
，具体涉及一种锑基一体化电极及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着二次电池技术的发展，锂、钠离子电池的高能量密度和柔性化成为人们的追求，一体化电极因其具备高能量密度以及柔性化得到广泛研究。在合金类材料中，锑(Sb)是锂离子电池和钠离子电池负极的有力竞争者，因为它具有二维皱缩层结构，该结构有利于提高电导率。同时，Sb丰富的层间间距不仅有利于离子半径较小的锂离子的储存，也有利于离子半径较大的钠离子的储存。值得注意的是，钠的电位较低，为
‑
2.71V/SHE，与Li/Li
+
氧化还原对的电位接近(
‑
3.04V)，使其也具有较高的能量密度。与石墨储存锂、钠机理相比，Sb与锂、钠反应形成合金具有非常有利的摩尔比。此外，它具有优越的理论比容量(Li3Sb、Na3Sb：～660mAh g
‑1)、更安全的放电电位和稳定的放电平台，进而提供令人满意的工作电压。
[0003]传统锂、钠离子电池电极(负极)是由集流体(铜箔)、活性物质和添加剂(粘结剂和导电剂)组成。其负极的制备主要是通过湿法拉浆工艺将活性物质结合到集流体上的，很显然，这种活性物质与集流体的粘合方式在一定程度上可能存在结合不牢的客观缺陷；另一方面，采用此类技术制备电极过程中所要添加的添加剂在很大程度上拉低了电池的能量密度。减少添加剂，可提高锂、钠离子电池的能量密度，因此需要开发新的“锑基一体化电极”的制备技术。
[0004]现有技术中有多种方法来制备一体化电极，例如专利公开号CN113437247 A公开了一种熔融盐电沉积的方法，采用泡沫金属或者金属板(箔)作为基底，通过熔融盐电化学沉积的方法构成锡锑基一体化电极，该方法获得的电极其活性物质和集流体结合较牢靠，且避免了添加剂的使用，但也存在较为耗能的问题；专利公开号CN 110350146 A公开了一种改性三维多孔锑电极、制备方法及应用，主要是以三维多孔铜为集流体，采用电沉积法在其表面沉积锑，然后再电沉积金属铟，再通过进一步氧化之后得到上述负极，当用作锂离子电池负极时，在500mA g
‑1的电流密度下，经过180次循环后，其比容量仍保持500mAh g
‑1；专利公开号CN 108199003 A公开了一种三维大/介孔锑负极、制备方法及其应用，同样以三维多孔铜为基底，采用电沉积方法沉积Zn
‑
Sb合金，再通过热升华将Zn去除，该电极作为钠离子电池负极时，在100mA g
‑1的电流密度下首次放电比容量为710.6mAh g
‑1；Chan等用AAO模板的方法制备Sb
‑
NiSb
‑
Ni阵列结构，在66mA g
‑1的电流密度下循环300圈后，比容量仍有391mAh g
‑1，相当于理论比容量的59.2％(见Nano Energy,2015,5,2211
‑
2855)；Zhu等用静电纺丝法制备的Sb纳米纤维，在100mA g
‑1的电流密度下循环300次后仍保留350mAh g
‑1的比容量(见ACS Nano,2013,5,6378
‑
6386)。上述工作均在一定程度上避免了添加剂的使用，但电池能量密度、成本并没有得到明显优化趋势，且制备极片步骤较为繁琐；另外需要对极
片进行辊压，这在一定程度上降低了极片上活性物质的机械强度，进而加速了活性物质的脱落速度。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决现有的锑基一体化电极的制备方法较为繁琐，且电池能量密度低的问题，而提供一种锑基一体化电极及其制备方法和应用。
[0006]本专利技术提供一种锑基一体化电极的制备方法，包括：
[0007]步骤一：将需要沉积的钛箔进行清洗处理，然后真空干燥；
[0008]步骤二：在反应釜中的SbF3水溶液，将步骤一得到的钛箔垂直置于反应釜中，然后将拧好的反应釜置于烘箱中，将烘箱加热到140～200℃并保持8～16h，得到的钛箔表面具有沉积层，依次是原位沉积的Sb
3+
Sb
5+
O4层和原位包覆的Ti(OH)4层；
[0009]步骤三：将步骤二得到的表面具有沉积层的钛箔置于管式炉的恒温区，然后将管式炉密封好，对管式炉先进行抽真空，再通入氩气，再抽真空，再通入氩气，直至重复三次该操作后，再通入氩气并调节气体流速，然后对管式炉进行温控程序设置，其升温速率为3～8℃min
‑1，升温温度为300～350℃，保温时间为3～8h，降温速率为3～8℃min
‑1，在恢复至室温后，得到表面依次原位沉积Sb
3+
Sb
5+
O4层和包覆TiO2层的锑基一体化电极。
[0010]优选的是，所述的步骤一清洗处理为：将需要沉积的钛箔表面用丙酮、乙醇和去离子水进行超声清洗处理。
[0011]优选的是，步骤一中所述的钛箔的厚度为10
‑
30μm。
[0012]优选的是，所述的步骤二中SbF3水溶液质量分数为0.33
‑
0.50％。
[0013]优选的是，步骤二中所述的沉积层的沉积量为0.6～2.1mg cm
‑2，沉积方法为化学沉积。
[0014]优选的是，所述的步骤三调节气体流速为每秒2
‑
3个气泡。
[0015]本专利技术还提供上述制备方法得到的锑基一体化电极，包括钛箔，所述的钛箔的表面依次原位沉积Sb
3+
Sb
5+
O4层和原位包覆TiO2层。
[0016]本专利技术还提供上述锑基一体化电极作为负极在锂、钠离子电池中的应用。
[0017]本专利技术的有益效果
[0018](1)通过在钛箔表面采用一步原位沉积和包覆的方法制备锑基一体化电极，工艺简单，易规模化。
[0019](2)通过轻微调节SbF3水溶液的质量分数(浓度)，可以在一定程度内对沉积层的厚度进行调控。
[0020](3)本专利技术的锑基一体化电极，通过在钛箔表面原位沉积Sb
3+
Sb
5+
O4层和包覆TiO2层，可有效避免添加剂的使用，显著提高电池能量密度。
[0021](4)在钛箔表面原位沉积Sb
3+
Sb
5+
O4层和包覆TiO2层，可减少沉积层的脱落，进而有效抑制因沉积层脱落而导致的性能损失。
[0022](5)本专利技术的锑基一体化电极作为锂、钠离子电池负极的应用：对于锂离子电池，在1A g
‑1的电流密度下，经过100次循环后，仍可保持487.4mAh g
‑1的比容量；对于钠离子电池，在0.5A g
‑1的电流密度下，经过50次循环后，仍可保持316.1mAh g
‑1的比容量。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锑基一体化电极的制备方法，其特征在于，包括：步骤一：将需要沉积的钛箔进行清洗处理，然后真空干燥；步骤二：在反应釜中的SbF3水溶液，将步骤一得到的钛箔垂直置于反应釜中，然后将拧好的反应釜置于烘箱中，将烘箱加热到140～200℃并保持8～16h，得到的钛箔表面具有沉积层，依次是原位沉积的Sb
3+
Sb
5+
O4层和原位包覆的Ti(OH)4层；步骤三：将步骤二得到的表面具有沉积层的钛箔置于管式炉的恒温区，然后将管式炉密封好，对管式炉先进行抽真空，再通入氩气，再抽真空，再通入氩气，直至重复三次该操作后，再通入氩气并调节气体流速，然后对管式炉进行温控程序设置，其升温速率为3～8℃min
‑1，升温温度为300～350℃，保温时间为3～8h，降温速率为3～8℃min
‑1，在恢复至室温后，得到表面依次原位沉积Sb
3+
Sb
5+
O4层和包覆TiO2层的锑基一体化电极。2.根据权利要求1所述的一种锑基一体化电极的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：程勇，王照民，尹东明，王春丽，梁飞，吴耀明，王立民，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：