[發明專利]一種鋰離子電池用三維銅納米線陣列集流體及其制備方法

無效

• 申請號: 201310488208.8
• 申請日: 2013-10-17
• 公開（公告）號: CN103531817A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 陳欣;王瑛;趙成龍;宋春華
• 申請（專利權）人: 山東玉皇化工有限公司
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66;H01M4/70;B82Y40/00
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 張貴賓

（一）??????技術領域

????本發明涉及一種鋰離子電池用三維銅納米線陣列集流體及其制備方法。

（二）??????背景技術

????近年來，鋰離子電池已在移動電子設備，電動汽車，備用儲能，智能電網等領域逐漸應用，但是，仍然難以滿足電動工具，電動汽車（EVs），混合電動車（PHEVs）對電池的功率密度，能量密度的要求。傳統鋰離子電池電極的設計是將陰極、陽極活性材料與導電劑（碳）、粘結劑等按比例混合，分別噴涂在鋁箔、銅箔集流體上。這種設計的結果是：活性材料沒有與集流體直接相連，電子傳輸能力差，容易脫落損失，且容量發揮受到限制。因此，除了尋找新的電極材料之外，創新設計集流體，以提高陰極、陽極活性材料的功率密度，能量密度，也是一種改善鋰離子電池性能的有效途徑。納米陣列集流體基底的設計是將導電性良好的納米線、納米棒、納米管等陣列（鋁、銅、鎳、硅等）直接粘結在鋁箔、銅箔上用作負載陰極、陽極活性材料的集流體。這種納米陣列集流體具有良好的導電性，超高的比表面積，有利于增大電極/電解液的接觸面積，縮短鋰離子的擴散路徑，緩解充放電時電極材料的體積變化與應力作用。目前，已有制備微/納米陣列集流體（Nat.?Mater.?2006,?5,?567；Electrochem.?Commun.?2008,?10,?1467；Adv.?Mater.?2010,?22,?4978）的報道，但是，存在銅箔集流體與活性材料粘結性差，容易脫落，導致電化學循環性能差的問題，同時存在制備程序復雜，需要模板，難以商業化等問題。

（三）??????發明內容

????本發明為了彌補現有技術的缺陷，提供了一種粘結性好、不容易脫落、電化學循環性能優異的鋰離子電池用三維銅納米線陣列集流體，同時提供了它的制備方法。

本發明是通過如下技術方案實現的：

一種鋰離子電池用三維銅納米線陣列集流體，其特征是：其由直接生長在銅表面的銅納米線陣列組成。

一種制備上述的鋰離子電池用三維銅納米線陣列集流體的方法，其特征是，步驟如下：

1）以紫銅為陽極，氫氧化鈉（NaOH）溶液或氫氧化鉀（KOH）溶液為電解液，不銹鋼為陰極，飽和氯化亞汞電極為參比電極，在5～60℃范圍內先在電解槽內通入惰性氣體去除氧氣（O₂）,然后控制電流密度為0.5～5?mA/cm²，陽極電氧化4～30?min，在紫銅表面生成藍色的Cu(OH)₂薄膜，用蒸餾水清洗并晾干，得Cu(OH)₂納米線陣列；

2）將Cu(OH)₂納米線陣列置于氫氣氛中，在160～200℃的反應器中，熱還原10～20h，再自然冷卻到室溫，即可得到鋰離子電池用三維銅納米線陣集流體。

先將紫銅放入0.1～2mol/L的鹽酸中浸泡3～5min，然后用蒸餾水清洗，再用乙醇清洗，干燥后備用。

所述氫氧化鈉（NaOH）溶液或氫氧化鉀（KOH）溶液的濃度為0.1～4mol/L。

所述的惰性氣體為高純N₂或Ar₂。

所述的氫氣由氫氣發生器產生。

制備Cu(OH)₂納米線陣列的制備時，陰陽極發生的電極反應如下：

陽極：???????????????????????????????????????????????????????????(1)?

陰極：??????????????????????????????(2)

總反應：????????????????????(3)

Cu(OH)₂被還原成Cu的化學反應如下：

?????????????????????????(4)?

????????????????????????????????(5)

本發明的有益效果是：

本發明制備鋰離子電池用三維銅納米線陣列集流體的反應溫度低，無模板，程序簡單，三維銅納米線陣列的形貌結構可控，具有良好的均一性，具有工業生產的美好前景。本發明制備的鋰離子電池用三維銅納米線陣列集流體具有良好的導電性，超高的比表面積，有利于增大電極/電解液的接觸面積，縮短鋰離子的擴散路徑，緩解充放電時電極材料的體積變化與應力作用，負載鋰離子電池陽極活性材料，表現出良好的電化學性能。

（四）??????說明書附圖