[發(fā)明專利]一種作為鋰離子電池負極材料的氧化亞銅/多孔碳復合材料及其制備方法

無效

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• 申請日: 2012-11-26
• 公開（公告）號: CN103227328A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 穆道斌;陳實;沈雪陽;吳伯榮;吳鋒;趙章宏;陶丹
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學;高平唐一新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/48
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種作為鋰離子電池負極材料的氧化亞銅/多孔碳復合材料及其制備方法，屬于化工電極材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

能源和材料是物質(zhì)發(fā)展的基礎(chǔ)。近年來，由于科學技術(shù)突飛猛進的發(fā)展，石油等不可再生資源的消耗加速，能源問題已成為不容忽視的急需解決的難題。鋰離子電池具有比能量高、工作電壓高、自放電率低、循環(huán)壽命長、無污染等獨特優(yōu)勢，被認為是最能替代石油的二次可再生資源之一。其中鋰離子電池負極材料是制約鋰離子電池容量的關(guān)鍵因素之一。

氧化亞銅作為P型氧化物半導體材料，具有活性的電子空穴對系統(tǒng)，在光電催化等方面得到關(guān)注和廣泛應(yīng)用。目前已有相關(guān)報道將氧化亞銅作為鋰離子電池負極材料，具有高于傳統(tǒng)碳材料的理論容量和一定的應(yīng)用潛力。氧化亞銅形貌多樣，制備方法簡單易行，可控性強，但是用作負極材料時由于自身較大的體積膨脹效應(yīng)，在充放電過程中具有循環(huán)穩(wěn)定性較差，容量衰減過快的缺點，尤其是存在首次庫倫效率過低的問題。此外，由于其導電性較差，倍率性能也需要進一步提高。由于多孔碳材料具有豐富的孔道結(jié)構(gòu)和良好的導電性，本發(fā)明選擇多孔碳作為氧化亞銅的復合載體，在一步溶液法合成氧化亞銅的過程中使氧化亞銅晶體在多孔碳的孔道中生長，制備得到具有納米多孔結(jié)構(gòu)的氧化亞銅/多孔碳復合負極材料。作為承載氧化亞銅的載體，多孔碳對充放電過程中氧化亞銅體積膨脹具有一定的緩沖作用，其良好的導電性也能進一步提高復合電極的電接觸，降低反應(yīng)阻抗和提高鋰離子的擴散速率。因此，本發(fā)明制得的氧化亞銅/多孔碳納米復合材料用作鋰離子電池負極材料時表現(xiàn)出高的循環(huán)可逆容量和倍率性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有鋰離子電池氧化亞銅負極材料導電性差、容量衰減快以及倍率性能不理想的問題，提出一種作為鋰離子電池負極材料的氧化亞銅/多孔碳復合材料及其制備方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。

本發(fā)明的一種作為鋰離子電池負極材料的氧化亞銅/多孔碳復合材料由氧化亞銅和多孔碳組成，以該復合材料的總質(zhì)量計算，各部分的質(zhì)量百分含量為：

氧化亞銅??10％-90％；

多孔碳????90％-10％。

本發(fā)明的一種作為鋰離子電池負極材料的氧化亞銅/多孔碳復合材料的制備方法，具體制備步驟如下：

1)將多孔碳加入到硫酸銅溶液中，超聲分散；

2)在溫度為50～120℃的條件下，向步驟1)得到的溶液中加入氫氧化鈉和葡萄糖，進行反應(yīng)，反應(yīng)時間為15min～12h；

3)待反應(yīng)完成后，洗滌抽濾至濾液pH呈中性，將抽濾產(chǎn)物真空烘干，得到具有納米多孔結(jié)構(gòu)的氧化亞銅/多孔碳復合材料。

步驟1)中超聲分散時間為5～120min。

步驟1)中硫酸銅溶液的濃度為0.01～0.5g/mL。

步驟1)中多孔碳和硫酸銅溶質(zhì)的質(zhì)量比為1∶0.05-10。

步驟2)中加入的氫氧化鈉與硫酸銅溶質(zhì)的質(zhì)量比為1∶0.01-10。

步驟2)中加入的葡萄糖與硫酸銅溶質(zhì)的質(zhì)量比為1∶0.01-10。

步驟4)中洗滌是用去離子水和乙醇洗滌。

有益效果

本發(fā)明以多孔碳可作為承載氧化亞銅的基體，為其體積變化提供一個緩沖的空間，避免了電極的粉化和失效。因此，為了有效抑制氧化亞銅在充放電過程中嚴重的體積膨脹效應(yīng)，將其與多孔碳進行復合，制備得到具有納米結(jié)構(gòu)的氧化亞銅/多孔碳復合材料。制備工藝簡單易行，制備參數(shù)可控性強。多孔碳具有的豐富的孔道結(jié)構(gòu)為氧化亞銅的體積變化提供了緩沖空間，同時復合材料的導電性也得到一定提高，用作鋰離子電池負極材料表現(xiàn)出優(yōu)異的充放電性能及循環(huán)穩(wěn)定性(在電流密度為100mAg^-1下，循環(huán)100周后可逆容量為884.4mAhg^-1)和高的倍率性能(在電流密度為1000mAg^-1充放電制度下，可逆容量為600mAhg^-1)。

附圖說明

圖1為氧化亞銅/多孔碳復合負極材料的XRD圖。

圖2為氧化亞銅/多孔碳復合負極材料的TEM圖。

圖3為氧化亞銅/多孔碳復合負極材料在100mAg^-1充放電循環(huán)100周的放電曲線。