一种锡/碳纳米管复合材料的制备方法及装置与流程

1.本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种锡/碳纳米管复合材料的制备方法及装置。


背景技术：

2.公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本公开的总体背景的一些理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
3.锂金属锡由于具有较高的理论嵌锂容量在作为锂离子电池电极材料方面受到广泛的关注，但由于其在脱锂过程中存在大的体积膨胀、循环过程中易团聚、循环不稳定等问题未能广泛应用于实际生产中。针对上述问题，研究表明通过将锡与碳材料复合抑制颗粒团聚、提高金属锡纳米颗粒分散性和材料循环稳定性是目前行之有效的方法，碳纳米管具有比表面积大、导电性好、化学稳定性强等优势成为目前广泛应用的载体材料。
4.目前锡与碳纳米管的复合制备过程大多采用化学法实现，现有技术通过化学气相沉积法制备了锡/碳纳米管复合材料，以锡粉作为锡源放置在商用碳纸附近，装入石英管中，ar气充当载气、c2h4作为碳源，混合流入石英管中，加热到反应温度，实现纳米结构在基底上的生长，保持0.5
‑
2小时后冷却至室温得到锡/碳纳米管复合材料，其初始放电比容量可达980mah g
‑1。
5.然而，针对锡/碳纳米管材料的制备装置主要是基于化学反应过程设计实现的，一方面化学试剂的使用造成制备过程中容易引入杂质，对性能产生不利影响，并且造成环境污染；另一方面，其制备及材料收集过程的复杂性不利于大规模生产，因此，开发一种简单、清洁、高效的锡/碳纳米管复合材料制备及收集装置具有重要的意义。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种锡/碳纳米管复合材料的制备方法及装置，它解决了背景技术中提出的化学法制备锡/碳纳米管复合材料工艺复杂性以及诸多化学试剂使用造成的杂质难以去除等问题。
7.本技术基于气相分散雾发生装置将碳纳米管分散为单根或少根形貌于空气之中，本发明基于锡碳纳米管复合过程为气流作用下的物理气相沉积，利用电加热装置电学参数控制生成锡蒸汽，得到热气流并经气体导流管路在封箱中产生的锡蒸汽与碳纳米管分散雾区域之间吹扫，从而获得局部低压区，在压差驱动下锡蒸汽与碳纳米管分散雾向低压区扩散，实现二者的复合得到锡/碳纳米管复合材料，可通过调节电加热鼓风机功率获得不同温度与速度的热气流，达到锡/碳纳米管不同复合制备效果的目的。
8.为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：
9.一种锡/碳纳米管复合材料的制备方法，包括如下步骤：
10.s1：碳纳米管气相分散雾制备：配置以一定比例混合的碳纳米管和粘合剂的碳纳
米管混合物，并将碳纳米管混合物加压制成条状电极，将得到的碳纳米管混合物置于气相分散雾发生装置中，碳纳米管混合物电极与电源相连，电极中的电流热效应使碳纳米管混合物中的粘合剂迅速汽化，对碳纳米管产生分散作用，形成碳纳米管气相分散雾区；
11.s2：利用电加热装置将锡粉加热制备锡蒸汽形成锡蒸汽区；所述锡蒸汽区与碳纳米管气相分散雾区部分重叠；所述将碳纳米管气相分散雾区的碳纳米管气相分散雾与锡蒸汽区的锡蒸汽利用电加热鼓风机吹至静电吸附收集区；
12.s3：步骤s2吹至收集区的碳纳米管气相分散雾与锡蒸汽在气流作用下发生碰撞，借助于碳纳米管气相分散雾的低温及碳纳米管本身高的热导率，锡蒸汽中的热量迅速转移，并在范德华力作用下在碳纳米管表面冷凝，形成锡/碳纳米管复合材料，为增强锡与碳纳米管的结合强度，碳纳米管可通过预处理实现碳纳米管表面改性，然后再通过气相分散雾发生装置形成碳纳米管气相分散雾，实现与锡的复合过程。
13.一种锡/碳纳米管复合材料的制备装置，包括封箱，所述封箱一端设置电加热鼓风机，另一端设置静电吸附收集箱，所述静电吸附收集箱一端与封箱连通，另一端设置网状通气板，所述封箱内设置气相分散雾发生装置与电加热装置，所述气相分散雾发生装置与电加热装置对应设置，所述电加热鼓风机的出风口设置气体导流管路，所述气体导流管路的另一端穿入封箱设置于气相分散雾发生装置与电加热装置之间。
14.在气体导流管路下方装有网状通风板，其孔径小于100μm，其目的是防止气流对冲，尽可能避免锡/碳纳米管复合材料的流失；锡/碳纳米管在扩散过程中受静电吸附收集板的吸附作用达到材料收集的目的。
15.优选的，所述电加热装置为规格100*100*20mm、额定功率为300w的方铝板，可实现机械控温。
16.优选的，所述静电吸附收集箱的内壁上设置静电吸附收集板，所述静电吸附收集箱的内壁上设置有200*150*10mm的长方体状的静电吸附收集板，通过螺钉固定在收集箱的内壁上。
17.优选的，所述电加热鼓风机鼓吹热气流在气体导流管路与网状通气板之间形成气流通道，在封箱与静电吸附收集箱内部形成压差，实现压差驱动下的锡蒸汽与碳纳米管分散雾的扩散和复合。
18.本发明的有益效果是：
19.1.本发明克服了传统的化学液相法制备锡/碳纳米管复合材料的工艺复杂的问题，同时克服了化学试剂的使用、杂质难以去除等缺点，保证了碳纳米管的分散性，不引入杂质，在气相环境下即可实现制备和收集，设备简单，制造及维护成本低，安全可靠。
20.2.本发明制备的锡/碳纳米管复合材料，锡与碳纳米管的复合过程源自于碳纳米管气相分散雾与锡蒸汽在气流作用下的碰撞，借助于碳纳米管气相分散雾的低温及碳纳米管本身高的热导率，锡蒸汽中的热量迅速转移，并在范德华力作用下在碳纳米管表面冷凝，形成锡/碳纳米管复合材料，为增强锡与碳纳米管的结合强度，碳纳米管可通过预处理实现碳纳米管表面改性，然后再通过气相分散雾发生装置形成碳纳米管气相分散雾，实现与锡的复合过程。
附图说明
21.图1是锡/碳纳米管复合材料的制备装置的示意图；
22.其中：1
‑
鼓风机电源；2
‑
电加热鼓风机；3
‑
气体导流管路；4
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气相分散雾发生装置；5
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气相分散雾发生装置电源；6
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封箱；7
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网状通气板；8
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静电吸附收集板；9
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电加热装置；10
‑
电加热装置电源。
具体实施方式
23.为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本方案进行阐述。
24.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
25.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。
26.实施例
27.如图1所示，本发明的制备装置主要由鼓风机电源1、电加热鼓风机2、气体导流管路3、气相分散雾发生装置4、气相分散雾发生装置电源5、封箱6、网状通气板7、静电吸附收集板8、电加热装置9、电加热装置电源10组成。使用时开启电加热装置9的电加热装置电源10电源和气相分散雾发生装置4的气相分散雾发生装置电源5，分别得到锡蒸汽与碳纳米管分散雾，通过调节两电源参数实现对锡蒸汽与碳纳米管分散雾浓度的控制。
28.开启电加热鼓风机2的鼓风机电源1，获得热气流并经气体导流管路3在锡蒸汽与碳纳米管分散雾区域间吹扫，形成局部负压区，在压差驱动下锡蒸汽与碳纳米管分散雾向低压区扩散，实现两者的复合制备得到锡/碳纳米管复合材料。为防止气流对冲，在气体导流管路下方装有网状通气板，孔径小于100μm，锡/碳纳米管在热气流吹动下向下扩散，并在静电吸附收集板的吸附作用下实现材料的收集。
29.上述实施例为本公开较佳的实施方式，但本公开的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本公开的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本公开的保护范围之内。