[发明专利]一种三维有序多孔材料的制备方法

说明书

本申请公开了一种三维有序多孔材料的制备方法，所述方法至少包括：将导电物质沉积于模板上，去除模板，得到所述三维有序多孔材料；其中，所述模板为组装在基底上的微/纳米微球。本申请中所述方法制备的三维多孔电极材料孔结构高度有序、尺寸可调，可以应用于锂离子电池、超级电容器和金属空气电池等储能器件上，此法制备的三维有序多孔电极在柔性器件方面也展现了其独特的性能，具有很好的应用前景。

技术领域

本申请涉及一种三维有序多孔材料的制备方法，属于材料的制备领域。

背景技术

电动工具、电动汽车等的快速发展对储能器件的能量密度和功率密度都提出了很高的要求，锂离子电池具有很高的能量密度，但功率密度却不尽如人意，在快速充放电方面完全达不到现代社会发展的要求。超级电容器弥补了锂离子在功率密度方面的不足，但能量密度较低问题也限制其在储能方面的应用。

柔性储能器件是未来化学电源的重要发展方向。随着可穿戴、可弯曲、柔性电子的发展，能为其提供高能量和高功率的柔性储能器件得到了越来越多的关注和研究，以适应其在不同应用领域的需求。电极材料是决定柔性储能器件性能的关键因素之一，开发新型柔性储能器件电极材料以满足现代社会对高能量、高功率柔性储能器件电极材料的需求已成为当前研究热点。

1987年，John与Yablonovitch两位科学家首先提出“光子晶体”这一概念。光子晶体的制备方法众多，如微机械加工和光刻等技术，其中自组装法是最具优势的一种方法。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种三维有序多孔材料的制备方法，该方法所制备的三维多孔电极材料孔结构高度有序、尺寸可调，可以应用于锂离子电池、超级电容器和金属空气电池等储能器件上，此法制备的三维有序多孔电极在柔性器件方面也展现了其独特的性能，具有很好的应用前景。

本发明的目的在于同时兼顾储能器件的能量密度和功率密度两大性能指标，提供一种高能量、高倍率的电极及其制备方法。此外，本发明提供的方法还可以制备出高能量、可以快速充放电的柔性电极。

本发明通过提供微/纳米微球在基底上自组装为模板的三维有序多孔电极的制备方法。不同粒径的微/纳米微球在不同基底上进行自组装，并以此为模板通过沉积方式制备三维有序多孔电极。三维有序多孔结构可为离子和电子提供快速扩散通道，提高离子在电极内的传输效率，从而可以实现电极材料的快速充放电功能。不同基底的选择也为储能器件中的三维电极材料向小型化、柔性化、轻巧化方向迈进提供了一种方法。

本申请中所述方法将不同粒径微球在不同种类基底上进行自组装，并以此为模板在微球间隙沉积导电物质，去除模板后得到一系列具有三维多孔结构的电极材料。

所述三维有序多孔材料的制备方法，其特征在于，所述方法至少包括：

将导电物质沉积于模板上，去除模板，得到所述三维有序多孔材料；

其中，所述模板为组装在基底上的微/纳米微球。

可选地，所述方法至少包括：将导电物质沉积于含有微/纳米微球的基底上，去除微/纳米微球，在基底上得到所述三维有序多孔材料。

本申请中所述微/纳米微球在基底上自组装为模板的三维有序多孔电极的制备方法，其特征在于，将不同粒径的微/纳米微球在不同种类基底上进行自组装，并以此为模板在微球表面或间隙沉积导电物质得到一系列具有三维多孔结构的电极材料。

本申请中所述方法中选择柔性材料作为基底，制备的三维柔性电极可以用于柔性储能器件上。

可选地，所述导电物质选自金属材料、金属化合物、碳材料中的至少一种。

可选地，所述金属材料包括金属单质、合金中的至少一种；所述金属化合物包括金属氧化物、金属氮化物和金属碳化物中的至少一种。