[发明专利]PMMA包覆的中空Sn-Ni合金纳米线阵列、其制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料及其应用技术领域，特别涉及一种PMMA包覆的中空Sn-Ni合金纳米线阵列、其制备方法及其应用。

背景技术

三维锡基纳米结构电极对于发展新一代高容量、大功率锂离子电池具有重要的作用。传统的二维薄膜锂离子电池具有短的锂离子扩散路径，高的比容量，优良的电化学性能和安全性能，然而其电池体积能量密度较低。与其相比，三维电极结构能够充分利用空间优势，在保持二维薄膜锂离子短的扩散距离的同时，提高了电池的储能量。同时三维结构能够增大电极与电解质膜的接触面积，提高电导率。纳米管阵列具有独特的三维空间结构和中空结构，三维空间结构极大地增加了电极材料和电解液的接触面积，缩短了锂离子的传输路径，中空结构则能缓解充放电过程中的体积膨胀，提高电池的循环稳定性。

然而，三维结构纳米线电极在受应力或高温条件下可能会发生形变，由于长径比很大，纳米线容易根部断裂或者相互粘结而薄膜化，三维纳米线结构被破坏，导致电池容量下降，存在着三维电极结构稳定性差的问题。

发明内容

为了解决现有技术中三维结构纳米线作为锂电池负极材料稳定性差的问题，本发明提供了一种PMMA包覆的中空Sn-Ni合金纳米线阵列、其制备方法及其应用。

本发明的技术方案为：

一种PMMA包覆的中空Sn-Ni合金纳米线阵列，包括中空Sn-Ni合金纳米线阵列，所述中空Sn-Ni合金纳米线阵列外面由PMMA包覆层包覆。

优选的，所述中空Sn-Ni合金纳米线阵列的阵列高度为8um-10um，相邻两纳米线的间距为60nm-70nm，所述中空Sn-Ni合金纳米线的空腔直径为260-280nm，所述PMMA包覆层的厚度为20-30nm。

所述PMMA包覆的中空Sn-Ni合金纳米线阵列的制备方法，包括以下步骤：

1）恒流电沉积法制备Ni纳米线阵列

a.在多孔阳极氧化铝模板的一面喷金，将喷金面用导电银胶粘覆在洁净的铜箔上，用硅胶密封露出多孔阳极氧化铝模板的铜箔，待硅胶凝固后真空干燥；

b.以饱和甘汞电极为参比电极、铂电极为对电极、以步骤a中处理过的多孔阳极氧化铝模板为工作电极，在0.1-0.5 mA的电流下，恒电流沉积1-4 h，沉积结束后，分别用去离子水和酒精清洗，其中电解液由10-30 g/L的Ni₂SO₄·6H₂O、20-50g/L的H₃BO₃和20-40g/L的聚乙二醇组成；

c.将沉积有Ni纳米线的多孔阳极氧化铝模板放入0.1-0.5 M的NaOH 溶液中浸泡15-50min，对多孔阳极氧化铝模板进行微扩孔，之后清洗、干燥，得扩孔的Ni纳米线，保存备用；

2）电流置换法制备中空Sn-Ni合金纳米线阵列

将扩孔的Ni 纳米线，放入0.01-0.1 M的SnSO₄溶液中浸泡反应5-30 天，取出后清洗、干燥得中空Sn-Ni合金纳米线阵列；

3）PMMA包覆中空Sn-Ni合金纳米线阵列

将50-80mg引发剂过硫酸铵溶解在50-80ml的甲基丙烯酸甲酯单体中，在90-100℃下保温3-10min，然后在80-85℃下保温10-30min，得到PMMA溶液；取5-10uL的PMMA溶液滴在多孔阳极氧化铝模板上，PMMA溶液浸润多孔阳极氧化铝模板孔壁成膜，待溶剂挥发后，将多孔阳极氧化铝模板置于1-4M的NaOH溶液中去除模板，清洗、干燥，得PMMA包覆的中空Sn-Ni合金纳米线阵列。

优选的，步骤1）a中铜箔的厚度为10-25um，铜箔使用前去其表面的氧化物和油污。

优选的，步骤1）b中，电解前先将处理好的多孔阳极氧化铝模板放入电解液中超声3-5min以除去多孔阳极氧化铝模板孔道内的气体，然后在电解液中静置0.5-2h使电解液充分浸润到多孔阳极氧化铝模板孔道中。

所述PMMA包覆的中空Sn-Ni合金纳米线阵列在锂电池负极材料中的应用。

本发明的有益效果为：