專利名稱：一種納米多孔銅錫合金的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于納米金屬材料制備領域，尤其涉及一種納米多孔銅錫合金材料的制備方法。
背景技術：
隨著電子工業(yè)的發(fā)展，尋找具有高比能量，快速充放電能力，高安全性和低成本的電化學電池成為了研究的主流。在眾多電化學電池中，鋰離子電池因其高電壓、高容量、循環(huán)壽命長、安全性能好的顯著特點，在便攜式電子設備、電動汽車、空間技術、國防工業(yè)等多方面展示了廣闊的應用前景和潛在的巨大經濟效益。自從鋰離子電池誕生以來，研究的有關負極材料主要有以下幾種石墨化碳材料、無定形碳材料、氮化物、娃基材料、錫基材料、 新型合金、納米氧化物等。其中錫基材料是一種非常有前景的鋰離子電池負極材料。錫及其氧化物作為負極材料因其高容積率、高能量密度和較好的導電性而得到了廣泛關注，但是在電池的充放電過程中，錫負極的膨脹和收縮現(xiàn)象所導致的嚴重機械應力極大地限制了電池的充放電次數(shù)和穩(wěn)定性。為解決這個弊端，目前主要提出了以下三種辦法(I)使用Cu6Sn5等錫基合金；(2)將納米尺寸的錫基材料分散在碳基體上；(3)構建核殼納米結構錫基材料或者采用空心碳包覆錫納米顆粒。相比較之下，第一種方 法最為簡便可行，得到了大量的研究和實踐。近年來，大量關于銅錫合金的制備方法被報道，主要涉及化學還原法(W. J. Cui, F. Wang, J. Wang, H. J. Liu, C. X. Wang, Y. Y Xia, J. Power Sources, 2001，196 : 3633-3639)， 濺射法(Y. S. Lina, J. G. Duh, H. S. Sheu, J. Alloy. Compd, 2011，509:123-127)，電沉積法(X. Y. Fan, Q. C. Zhuang, G. Z. Wei, L. Huang, Q. F. Dong, S. G. Sun, JAppl. Electrochem, 2009, 39:1323-1330),電子束沉積法(R. Z. Hu, M. Q. Zeng, M. Zhu, Electrochim. Acta, 2009, 54:2843-2850)等，以上方法均制備出納米尺度的銅錫合金或者銅錫合金/錫復合材料，但均操作復雜，無法量產，而且不易控制合金配比，不利于工業(yè)上的推廣應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種成本低、工藝簡單、可規(guī)?；a的納米多孔銅錫合金的制備方法。本發(fā)明是通過以下方式實現(xiàn)的—種納米多孔銅錫合金的制備方法，其特征是包括以下步驟(I)按鎂50-90%，銅5-35%，其余為錫的原子百分比稱取原材料；(2)將稱量好的鎂放入石英坩堝中，并在鎂上覆蓋上一層鎂合金覆蓋劑，然后將電阻爐溫度調節(jié)至750-800°C，待鎂融化成熔融態(tài)，取出坩堝，再次加入適量鎂合金覆蓋劑，同時加入稱量好的一定配比的銅，將坩堝放回電阻爐；經過15-20分鐘，待銅完全融入鎂金屬液之后，取出坩堝，加入一層鎂合金覆蓋劑，同時放入稱量好的錫，再次將坩堝放入電阻爐中；合金完全融化均勻之后，調節(jié)電阻溫度，待溫度降至700-750°C時取出坩堝，將合金液澆注成錠料；打磨合金錠表面后，將其切割成甩帶用的樣品；(3)取一支底部開有小孔的石英管，小孔直徑為O. 8^1. 2mm，將步驟(2)所得錠料截取小塊放入石英管中，采用高頻加熱重熔甩帶樣品；待熔體溫度達到75(T800°C，然后進行甩帶，甩帶在氬氣保護下進行；(4)把甩帶所得合金條帶在O. l-5mol/L的鹽酸溶液中進行腐蝕處理，處理溫度為10-50°C，反應時間為O. 5-2. 5小時；處理后將樣品洗至中性并置于真空容器中保存，即獲得納米多孔銅錫合金，該材料具有三維、雙連續(xù)及納米尺寸的孔洞結構，且孔的尺寸為 20-150 納米。本發(fā)明通過合理的成分配比，經過鹽酸溶液腐蝕之后，得到納米多孔銅錫合金，經過掃描電鏡分析，所得納米多孔結構中孔的尺寸為2(Tl50納米，微觀結構均勻性較好。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(I)通過熔煉-甩帶法制備鎂銅錫前驅體合金，簡單可控， 可以實現(xiàn)批量生產。(2)甩帶所得合金條帶厚度較小，大大縮短了腐蝕所需時間，且用一般低濃度酸即可實現(xiàn)完全腐蝕。(3)該方法制備的納米多孔銅錫合金的成分可通過控制鎂銅錫前驅體合金的成分比例得到調控。(4)該納米多孔銅錫合金孔具有三維、雙連續(xù)的結構， 并且尺寸較小，為2(Γ150納米，其中的銅一方面由于較為細小的尺度可以提供很好的導電性能，另一方面提供穩(wěn)定的多孔框架結構，減弱了鋰插入時引起的體積變化。是一種潛在的鋰離子電池負極材料。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，應該明白的是，下述說明僅是為了解釋本發(fā)明，并不對其內容進行限定。實施例一(I)按照原子百分比50%鎂，35%銅，其余為錫的配比稱取原材料；(2)將稱量好的鎂放入石英坩堝中，并在鎂上覆蓋上一層RJ-2鎂合金覆蓋劑，然后將電阻爐溫度調節(jié)至750-800°C，待鎂融化成熔融態(tài)，取出坩堝，再次加入適量RJ-2鎂合金覆蓋劑，同時加入稱量好的一定配比的銅，將坩堝放回電阻爐；經過15-20分鐘，待銅完全融入鎂金屬液之后，取出坩堝，加入一層RJ-2鎂合金覆蓋劑，同時放入稱量好的錫，再次將坩堝放入電阻爐中；合金完全融化均勻之后，調節(jié)電阻溫度，待溫度降至700-750°C時取出坩堝，將合金液澆注成錠料。打磨合金錠表面后，將其切割成甩帶用的樣品；(3)取一支長度為400mm,直徑IOmm,底部開有小孔的石英管,小孔直徑為O. 8mm, 將步驟(2)所得錠料截取小塊放入石英管中，采用高頻加熱重熔甩帶樣品；待熔體溫度達到75(T80(TC，保溫I分鐘，然后進行甩帶，甩帶在氬氣保護下進行；(4)把甩帶所得合金條帶在5mol/L的鹽酸溶液中進行腐蝕處理，處理溫度為 10°c，反應時間為I小時；處理后將樣品洗至中性并置于真空容器中保存，即獲得納米多孔銅錫合金，該材料具有三維、雙連續(xù)及納米尺寸的孔洞結構，且孔的尺寸為20-50納米。實施例二(I)按照原子百分比70%鎂，20%銅，其余為錫的配比稱取原材料；(2)將稱量好的鎂放入石英坩堝中，并在鎂上覆蓋上一層RJ-2鎂合金覆蓋劑，然后將電阻爐溫度調節(jié)至750-800°C，待鎂融化成熔融態(tài)，取出坩堝，再次加入適量RJ-2鎂合金覆蓋劑，同時加入稱量好的一定配比的銅，將坩堝放回電阻爐；經過15-20分鐘，待銅完全融入鎂金屬液之后，取出坩堝，加入一層RJ-2鎂合金覆蓋劑，同時放入稱量好的錫，再次將坩堝放入電阻爐中；合金完全融化均勻之后，調節(jié)電阻溫度，待溫度降至700-750°C時取出坩堝，將合金液澆注成錠料。打磨合金錠表面后，將其切割成甩帶用的樣品；(3)取一支長度為300mm，直徑8mm，底部開有小孔的石英管，小孔直徑為1mm，將步驟(2)所得錠料截取小塊放入石英管中，采用高頻加熱重熔甩帶樣品；待熔體溫度達到 75(T80(TC，保溫2分鐘，然后進行甩帶，甩帶在氬氣保護下進行；(4)把甩帶所得合金條帶在O. lmol/L的鹽酸溶液中進行腐蝕處理，處理溫度為 50°C，反應時間為2小時；處理后將樣品洗至中性并置于真空容器中保存，即獲得納米多孔銅錫合金，該材料具有三維、雙連續(xù)及納米尺寸的孔洞結構，且孔的尺寸為70-150納米。實施例三(I)按照原子百分比90%鎂，5%銅，其余為錫的配比稱取原材料；(2)將稱量好的鎂放入石英坩堝中，并在鎂上覆蓋上一層RJ-2鎂合金覆蓋劑，然后將電阻爐溫度調節(jié)至750-800°C，待鎂融化成熔融態(tài)，取出坩堝，再次加入適量RJ-2鎂合金覆蓋劑，同時加入稱量好的一定配比的銅，將坩堝放回電阻爐；經過15-20分鐘，待銅完全融入鎂金屬液之后，取出坩堝，加入一層RJ-5鎂合金覆蓋劑，同時放入稱量好的錫，再次將坩堝放入電阻爐中；合金完全融化均勻之后，調節(jié)電阻溫度，待溫度降至700-750°C時取出坩堝，將合金液澆注成錠料。打磨合金錠表面后，將其切割成甩帶用的樣品；(3)取一支長度為450mm，直徑15mm，底部開有小孔的石英管，小孔直徑為I. 2mm, 將步驟(2)所得錠料截取小塊放入石英管中，采用高頻加熱重熔甩帶樣品；待熔體溫度達到75(T80(TC，保溫O. 5分鐘，然后進行甩帶，甩帶在氬氣保護下進行；(4)把甩帶所得合金條帶在3mol/L的鹽酸溶液中進行腐蝕處理，處理溫度為 25°C，反應時間為I. 5小時；處理后將樣品洗至中性并置于真空容器中保存，即獲得納米多孔銅錫合金，該材料具有三維、雙連續(xù)及納米尺寸的孔洞結構，且孔的尺寸為40-80納米。權利要求
1.一種納米多孔銅錫合金材料的制備方法，其特征是包括以下步驟 (1)按鎂50-90%，銅5-35%，其余為錫的原子百分比稱取原材料； (2)將稱量好的鎂放入石英坩堝中，并在鎂上覆蓋上一層鎂合金覆蓋劑，然后將電阻爐溫度調節(jié)至750-800°C，待鎂融化成熔融態(tài)，取出坩堝，再次加入適量鎂合金覆蓋劑，同時加入稱量好的一定配比的銅，將坩堝放回電阻爐；經過15-20分鐘，待銅完全融入鎂金屬液之后，取出坩堝，加入一層鎂合金覆蓋劑，同時放入稱量好的錫，再次將坩堝放入電阻爐中；合金完全融化均勻之后，調節(jié)電阻溫度，待溫度降至700-750°C時取出坩堝，將合金液澆注成錠料；打磨合金錠表面后，將其切割成甩帶用的樣品； (3)取一支底部開有小孔的石英管，小孔直徑為0.8^1. 2mm，將步驟(2)所得錠料截取小塊放入石英管中，采用高頻加熱重熔甩帶樣品；待熔體溫度達到75(T800°C，然后進行甩帶，甩帶在氬氣保護下進行； (4)把甩帶所得合金條帶在0.l-5mol/L的鹽酸溶液中進行腐蝕處理，處理溫度為10-50°C，反應時間為0. 5-2. 5小時；處理后將樣品洗至中性并置于真空容器中保存，即獲得納米多孔銅錫合金。
全文摘要
本發(fā)明屬于納米金屬材料制備領域，尤其是一種納米多孔銅錫合金材料的制備方法。本發(fā)明包括以下步驟首先，按比例稱取純金屬鎂、銅、錫，在覆蓋劑保護的情況下加熱到熔融態(tài)，并澆鑄成合金錠；然后，通過甩帶工藝制備出合金條帶；最后，在酸性溶液中進行腐蝕處理，選擇性去除其中的鎂元素，從而得到納米多孔銅錫合金材料。該方法簡單可控，成本低，并可以實現(xiàn)批量生產，制備出的納米多孔銅錫合金具有三維、雙連續(xù)及納米尺寸的孔洞結構，且孔的尺寸為20-150納米，是一種潛在的鋰離子電池負極材料。
文檔編號C22C1/08GK102703748SQ201210233788
公開日2012年10月3日 申請日期2012年7月6日 優(yōu)先權日2012年7月6日
發(fā)明者孫俊哲, 寇天一, 張弛, 張忠華 申請人:山東大學