【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种一体化三维复合电极、制备方法及电池，属于电化学。
技术介绍
1、商业化锂离子电池广泛应用在各种电子设备中，但其使用的石墨负极已经发展到了材料质量比容量的瓶颈，质量比容量已经无法再进一步得到提升，难以满足人们对于电池更高容量的需求。因此，发展具有更高比容量的负极材料成为了电池领域研究的热点。与石墨负极材料相比，金属锑作为负极活性材料在电池中具有高的理论质量比容量(660mahg-1)、更安全的嵌锂电位以及更低廉的价格。因此，锑从负极材料中脱颖而出，有望成为下一代锂离子电池负极材料的优选。
2、锑作为电池电极，在放电过程中与导电离子合金化所产生的体积膨胀会对电极结构造成不可逆影响，容易引起锑的粉化脱落进而导致电池容量的快速衰减。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种一体化三维复合电极制备方法，所述一体化三维复合电极制备方法制备的一体化三维复合电极具有较常规结构的电极更大的比表面积，更充足的体积膨胀缓冲空间，更丰富的电化学活性位点，更快的离子迁移速率。
2、为了达到上述目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术实施例提供了一种一体化三维复合电极的制备方法，所述方法包括：
4、通过化学镀在聚氨酯泡沫表面镀覆铜得到导电泡沫；其中，导电泡沫为表面包覆有金属铜层的聚氨酯泡沫；
5、通过高温烧结法将导电泡沫内部的聚氨酯泡沫去除，得到铜泡沫骨架；其中，铜泡沫骨架为导电泡沫内部聚氨酯去除后所留下
6、通过原位置换法将铜泡沫骨架表面的铜置换为锑，得到表面具有均匀分布锑的复合金属泡沫骨架；其中，铜泡沫骨架表面包括铜泡沫骨架内外表面及其内外表面的通孔孔壁表面；
7、通过热处理使得复合金属泡沫骨架表面的部分锑与铜形成合金，得到一体化三维复合电极。
8、优选地，所述通过化学镀在聚氨酯泡沫表面镀覆铜得到导电泡沫，包括：
9、将聚氨酯泡沫浸入胶体钯活化液中浸润搅拌2-10min；然后将活化处理后的聚氨酯泡沫浸入解胶液中浸润搅拌2-10min；然后将解胶处理后的聚氨酯泡沫浸入化学镀铜溶液中浸润搅拌30-90min，完成化学镀铜处理，得到导电泡沫；其中所有溶液环境均调整为负压，真空泵表显压强范围为-0.1～-0.08mpa，溶液温度为20-50℃。
10、优选地，原位置换法的置换时长为5-30min、热处理温度范围为200-400℃。
11、优选地，所述复合金属泡沫骨架具有三维网状交联结构，其单位孔隙密度为30-80ppi，厚度为0.5-1.5mm。
12、优选地，所述铜泡沫骨架上连通内外表面的通孔孔径范围为3-22μm，所述复合金属泡沫骨架横截面直径范围为50-300μm，所述一体化三维复合电极表面通孔孔径范围为2-20μm。
13、优选地，所述一体化三维复合电极表面包括有金属铜、锑、cu2sb和cu3sb中的两种或两种以上金属或合金。
14、第二方面，本专利技术实施例还提供了一种一体化三维复合电极，包括上述任一项所述的一体化三维复合电极的制备方法制备得到。
15、第三方面，本专利技术实施例还提供了一种电池，包括上述一体化三维复合电极。
16、本专利技术实施例提供了一种一体化三维复合电极、制备方法及电池，所述一体化三维复合电极具有三维网状骨架结构，骨架为中空管状金属，并且骨架具有联通内外表面的微米级尺寸大小的通孔；其中，三维网状骨架主体为金属铜；其中，三维网状骨架的内外表面及其内外表面通孔孔壁处均分布有金属锑。所述一体化三维复合电极制备方法步骤包括：通过化学镀在聚氨酯泡沫表面镀覆铜得到导电泡沫；其中，导电泡沫为表面包覆有金属铜层的聚氨酯泡沫；通过高温烧结法将导电泡沫内部的聚氨酯泡沫去除，得到铜泡沫骨架；其中，铜泡沫骨架为将导电泡沫内部聚氨酯去除后所留下的中空金属骨架，所述中空金属骨架具有连通内外表面的通孔；通过原位置换法将铜泡沫骨架表面的铜置换为锑，得到表面具有均匀分布锑的复合金属泡沫骨架；其中，铜泡沫骨架表面包括铜泡沫骨架内外表面及其内外表面的通孔孔壁表面；通过热处理使得复合金属泡沫骨架表面的部分锑与铜形成合金，得到一体化三维复合电极。其中，所述电池包括一体化三维复合电极，一体化三维复合电极具有三维网状骨架结构，可以增加电极的活性物质负载量、电化学活性位点、电子导电性和离子迁移速率，有利于提升电池的循环稳定性。
17、本专利技术的有益效果：
18、(1)本专利技术所述的一体化三维复合电极具有中空的三维网状骨架结构，并且在表面具有通孔，金属锑在一体化三维复合电极的内外表面及其内外表面通孔孔壁处均分布有金属锑，电极具有更大的比表面积，能够负载更多的活性物质，三维网状骨架结构为电子的传输提供了导电网络，具有更好的电子导电性，更快的离子扩散速率；
19、(2)本专利技术所述的一体化三维复合电极在经过热处理后，锑与铜在界面处扩散形成合金层，有利于提升锑与铜之间的结合强度，增强一体化三维复合电极的结构稳定性，在电池中具有较好的电化学稳定性；
20、(3)本专利技术所述的一体化三维复合电极具有复杂的空间结构，为锑在电池中放电时的巨大体积膨胀提供了充足的缓冲空间，一体化三维复合电极的通孔孔壁锑金属层将其内外表面的锑金属层相连接，使得锑金属层与铜泡沫骨架具有很好的结合强度，所述的电池相较于常规涂覆法所制备合金型电极装配的电池具有更稳定的循环性能。
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1.一种一体化三维复合电极的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种一体化三维复合电极的制备方法，其特征在于，所述通过化学镀在聚氨酯泡沫表面镀覆铜得到导电泡沫，包括：
3.根据权利要求1所述的一种一体化三维复合电极的制备方法，其特征在于，所述原位置换法的置换时长为5-30min，热处理温度范围为200-400℃。
4.根据权利要求1所述的一种一体化三维复合电极的制备方法，其特征在于，所述复合金属泡沫骨架具有三维网状交联结构，其单位孔隙密度为30-80PPI，厚度为0.5-1.5mm。
5.根据权利要求1所述的一种一体化三维复合电极的制备方法，其特征在于，所述铜泡沫骨架上连通内外表面的通孔孔径范围为3-22μm，所述复合金属泡沫骨架横截面直径范围为50-300μm，所述一体化三维复合电极表面通孔孔径范围为2-20μm。
6.根据权利要求1所述的一种一体化三维复合电极的制备方法，其特征在于，所述一体化三维复合电极表面包括有金属铜、锑、Cu2Sb和Cu3Sb中的两种或两种以上金属或合金。
8.一种电池，其特征在于，包括权利要求7所述的一体化三维复合电极。
...【技术特征摘要】
1.一种一体化三维复合电极的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种一体化三维复合电极的制备方法，其特征在于，所述通过化学镀在聚氨酯泡沫表面镀覆铜得到导电泡沫，包括：
3.根据权利要求1所述的一种一体化三维复合电极的制备方法，其特征在于，所述原位置换法的置换时长为5-30min，热处理温度范围为200-400℃。
4.根据权利要求1所述的一种一体化三维复合电极的制备方法，其特征在于，所述复合金属泡沫骨架具有三维网状交联结构，其单位孔隙密度为30-80ppi，厚度为0.5-1.5mm。
5.根据权利要求1所述的一种一...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘俊安，王孝仁，汪啸，周通昊，潘勇，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：
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