[發明專利]一種基于多孔銅的鋰離子電池負極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201310309769.7
• 申請日: 2013-07-22
• 公開（公告）號: CN103367756A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 司鵬超;李輝;范麗娟;肖鑫鑫
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 楊琪

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池負極材料的制備方法，屬于新能源、新材料等領域。

背景技術

銅是一種良好的集流體材料，多孔結構的銅具備更大的比表面和更強的容納活性物質的能力，可以極大地提高鋰離子電池的容量。專利CN102683656A公開了一種高性能鋰離子電池三維多孔薄膜硅基負極材料及其制備方法，采用具有三維多孔集流體材料，如銅箔網、銅絲網、泡沫銅或泡沫鎳；以磁控濺射方法在銅箔網、銅絲網、泡沫銅或泡沫鎳上形成一層硅薄膜或硅-金屬復合薄膜，然后通過熱處理方式形成三維多孔薄膜硅基負極材料。

硫具有理論比容量高（1675mAh/g），理論電壓高（2.287V），理論能量密度高（3824Wh/kg）等優勢，它與金屬鋰構成鋰硫電池的理論比能量可高達2600Wh/kg，同時硫還具有資源豐富、價格低廉、對環境友好等特點，所以它是一種極具應用前景的高比能量的負極材料。現如今石墨是用作鋰離子電池的標準負極材料，但是由于它的理論比容量僅為372mAh/g且存在安全問題，故在高能鋰離子電池中的應用受到限制。鋰硫電池的理論比能量可高達2600Wh/kg。中國科學院物理研究所利用介孔分子篩SBA-15作為模板，以磷鉬酸（H₃PMo₁₂O₄₀）為前驅體制備出具有二維六方亞結構的介孔二硫化鉬，首次放電比容量約為880mAh/g，20個循環之后獲得630mAh/g的可逆比容量。湖北大學的馮等利用硫代尿素（CS(NH₂)₂）、四水合鉬酸銨（(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O）以及草酸（H₂C₂O₄·2H₂O）制得納米片狀的MoS₂，將其作為活性物質在放電電流密度為60mA/g的條件下，首次放電比容量為1174.7mAh/g，且循環穩定性良好，經過20次循環后仍保持851.5mAh/g的可逆比容量。將二硫化鉬與碳材料或者導電聚合物復合以提高其性能，但制備電極過程中通常需要粘合劑，使得電極的利用率下降而且制備工藝復雜。

如何將銅、硫集于電極中更好地發揮電池的作用，具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于多孔銅的鋰離子電池負極材料的制備方法，以提高負極材料的比容量和充放電循環能力。

本發明采取的技術方案為：

一種基于多孔銅的鋰離子電池負極材料的制備方法，包括步驟如下：

（1）原位氧化還原制備多孔銅：以KOH和NH₄Cl混合溶液為恒電位氧化電解液，以打磨預處理后的銅箔為工作電極，以鉑為對電極和參比電極，在5～8V電壓，氧化300±50s；然后以上述氧化后的銅箔作為工作電極，鉑片作對電極，飽和甘汞電極作參比電極，NaOH溶液作電解液，施加-1.2V的負電位對銅箔表面的氧化物進行原位還原300±50s，制得多孔銅；

（2）在多孔銅上電化學還原沉積二硫化鉬：以多孔銅為工作電極，鉑片作對電極，飽和甘汞電極作參比電極，以(NH₄)₂MoS₄和KCl混合溶液為電解液，循環伏安法或恒電位法沉積二硫化鉬，循環伏安法沉積時的電壓范圍為0.2～-1.3V，掃描速度為0.05V/s，沉積10～20圈；恒電位法沉積時電位為-1.2V到-1.1，沉積時間為60±5s；

（3）在450±20℃溫度對沉積二硫化鉬的銅箔進行熱處理，熱處理時間為1h，熱處理過程中用N₂氣體對樣品進行保護，得產品MoS₂/多孔銅復合材料。

上述方法中，步驟（1）所述的KOH和NH₄Cl混合溶液的兩溶質濃度分別為0.15mol/L和0.1mol/L；所述的銅箔厚度為50±10μm，NaOH溶液的濃度為0.1mol/L。

步驟（2）中所述的(NH₄)₂MoS₄和KCl混合溶液兩溶質濃度分別為0.005mol/L和0.1mol/L。

組裝電池：電解液為鋰離子電池用電解液，MoS₂/多孔銅復合材料作為極片，鋰片作為對極。

本發明的有益效果是：