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专利号: 2018105873337
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种铜磁集流体的制备工艺,其特征在于,所述制备工艺包括以下制备步骤:

1)以磁性材料作为基体,首先去除基体表面的氧化物,然后清洗、干燥;

2)在经步骤1)处理的磁性材料基体表面制备铜微纳结构;

其中,所述磁性材料含有磁性金属,所述磁性金属包括铁,钴,镍,铂和钕,所述铜微纳结构包括三维有序大孔铜结构,铜纳米片结构,铜纳米线结构和铜纳米带结构。

2.根据权利要求1所述的一种铜磁集流体的制备工艺,其特征在于,所述三维有序大孔铜结构铜磁集流体的制备步骤包括:A1)将高分子微球和水以质量比为(50~100):(250~350)的比例混合,搅拌成乳液待用;

A2)将步骤A1)所制得的乳液、水和聚乙二醇以体积比(10~30):(300~700):(1~3)的比例混合,超声分散或搅拌后得到电沉积液;

A3)以经步骤1)处理的磁性材料基体作为工作电极,以铂或石墨作为对电极,以步骤A2)制得的电沉积液作为溶液体系进行电沉积,控制电沉积电压为1.0~7.0V,电流为0.001~0.02A,沉积时间为10~90s,得到表面覆盖有高分子微球模版的磁性材料基体;

A4)将水和pH缓冲剂以质量比100:(1~5)的比例混合,搅拌成均匀的混合液,向混合液中加入可溶性铜盐CuxAy和同酸根离子可溶性盐MxAy搅拌配制成含铜电沉积液,其中:含铜电沉积液中铜离子浓度为0.2~0.8mol/L;

M的活泼性大于铜;

含铜电沉积液中酸根离子A(2x/y)-的浓度为0.5~7.5mol/L;

A5)以步骤A3)所得表面覆盖有高分子微球模版的磁性材料基体作为工作电极,以铂或石墨作为对电极,以甘汞电极作为参比电极,以步骤5)所配制的含铜电沉积液作为电沉积的溶液体系进行电沉积,控制电沉积电流密度为2.0~10.0mA·cm-2,控制电沉积时间为

100s~700s,电沉积结束后以溶解或灼烧的方式去除高分子微球,磁化后得到铜磁集流体。

3.根据权利要求1所述的一种铜磁集流体的制备工艺,其特征在于,所述铜纳米片结构铜磁集流体的制备步骤包括:B1)在经步骤1)处理后的磁性材料基体表面沉积铜镀层,得到复合基体;

B2)将氢氧化钠和过硫酸铵溶于水中溶于水中,搅拌均匀后得到处理液,处理液中:所述氢氧化钠的摩尔浓度为1~3.5mol/L;

所述过硫酸铵的摩尔浓度为0.05~0.18mol/L;

B3)将步骤B1)所得复合基体置于步骤2)所配制的处理液中处理3~5h,洗净后干燥,再将其置于保护气氛中400~600℃条件下保温处理4~6h,得到氧化铜纳米片附着的基体;

B4)将步骤B3)所得氧化铜纳米片附着的基体置于氢气气氛中,在200~300摄氏度条件下保温3~4h,冷却并磁化后得到铜纳米片结构铜磁集流体。

4.根据权利要求1所述的一种铜磁集流体的制备工艺,其特征在于,所述铜纳米线结构铜磁集流体的制备步骤包括:C1)在经步骤1)处理后的磁性材料基体表面沉积铜镀层,得到复合基体;

C2)将氢氧化钾或氢氧化钠溶于水中,配制为电解液,电解液中:所述氢氧化钠或氢氧化钾的摩尔浓度为0.5~4mol/L;

C3)以步骤C1)所制得的复合基体作为阳极,以不锈钢或石墨或铂作为阴极,以氯化亚汞作为参比电极,并以步骤C2)所配制的电解液作为电处理溶液体系,往电解液中通氮气除氧1~10min,随口通电进行电化学处理,得到氢氧化铜纳米线阵列基体;

C4)将氢氧化铜置于60~120℃条件下烘烤1~3h后得到氧化铜纳米线阵列基体,再将氧化铜纳米线阵列基体置于氢气气氛中,于200~500℃条件下热处理3~5h,冷却后磁化得到铜纳米线结构铜磁集流体。

5.根据权利要求4所述的一种铜磁集流体的制备工艺,其特征在于,步骤C3)所述电化学处理时电流密度为20~120mA/cm-2,处理时间为3~20min。

6.根据权利要求1所述的一种铜磁集流体的制备工艺,其特征在于,所述铜纳米带结构铜磁集流体的制备步骤包括:D1)在经步骤1)处理后的磁性材料基体表面沉积铜镀层,得到复合基体;

D2)将氢氧化钠、氯化钠、过硫酸钠和硫酸铜溶于水中,搅拌至其完全溶解后配制成化学镀液,化学镀液中:所述氢氧化钠的摩尔浓度为0.5~2mol/L;

所述氯化钠的摩尔浓度为0.1~0.7mol/L;

所述过硫酸钠的摩尔浓度为0.01~0.1mol/L;

所述硫酸铜的摩尔浓度为0.0001~0.0008mol/L;

D3)将步骤D1)所制得的复合基体置于步骤D2)所配制的化学镀液中,在70~95℃条件下恒温处理5~15min,去除洗净并干燥后得到氧化铜纳米带结构基体;

D4)将步骤D3)所制得的氧化铜纳米带结构基体置于氢气气氛中于200~500℃条件下热处理3~5h,冷却后磁化得到铜纳米带结构铜磁集流体。

7.一种由权利要求1或2或3或4或5或6所述工艺制备的铜磁集流体,其特征在于,所述铜磁集流体的基体为经磁化的含有磁性金属的磁性材料,并在基体表层生长有铜层结构,所述磁性金属包括铁,钴,镍,铂和钕,所述铜微纳结构包括三维有序大孔铜结构,铜纳米片结构,铜纳米线结构和铜纳米带结构。

8.一种含有权利要求7所述铜磁集流体的磁性锂空电池,其特征在于,所述磁性锂空电池的阳极包含有铜磁集流体,并以二甲基亚砜(DMSO)作为电解液,以高氯酸锂作为电解质,以高分子材料作为隔膜,所述铜磁集流体的基体为经磁化的含有磁性金属的磁性材料,并在基体表层生长有铜层结构。

9.根据权利要求8所述的一种磁性锂空电池,其特征在于,所述高氯酸锂的摩尔浓度为

0.5~2mol/L。

10.根据权利要求8所述的一种磁性锂空电池,其特征在于,所述高分子材料为聚丙烯。