[發(fā)明專利]一種納米氧化銅的制備方法及其在鋰電池中的應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410099531.0
• 申請日: 2014-03-17
• 公開（公告）號: CN104925846A
• 公開（公告）日: 2015-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋懷河;李昂;陳曉紅
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學
• 主分類號: C01G3/02
• 分類號: C01G3/02;H01M4/48;B82Y40/00;B82Y30/00
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池負極材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種納米氧化銅的制備方法。?

背景技術(shù)

過渡金屬氧化物CuO是一種p型半導體，具有低毒性、價格低和容易獲得的特點，氧化銅納米材料具有顯著的量子限域效應(yīng)和尖端納米效應(yīng)，目前已被應(yīng)用于場效應(yīng)晶體管，光伏電池，場發(fā)射納米器件和化學氣體傳感器等。同時其在鋰離子電池領(lǐng)域也顯示出巨大的應(yīng)用前景。?

納米氧化銅作為鋰離子電池負極時其理論比容量可達674mAh/g，但由于其導電性很差以及充放電循環(huán)過程中會發(fā)生體積變化，因此會導致容量的衰減。為了解決這些問題，研究者們通常采用納米化和材料復合的手段來改變CuO負極材料的微觀結(jié)構(gòu)，以提高其處理容量和循環(huán)性能。Sun等通過將CuO納米帶直接沉積在銅集流體上得到氧化銅納米帶負極，在175mA/g的電流密度下，經(jīng)過275次循環(huán)后保持了608mAh/g的放電比容量，其制備過程需要將幾種原料按照一定比例混合后在86℃的水浴中進行反應(yīng)[Ke?F,Huang?L,Wei?G,et?al.One-step?fabrication?of?CuO?nanoribbons?array?electrode?and?its?excellent?lithium?storage?performance.Electrochimica?Acta,2009,54:5825-5829]。Gao等利用濕法合成了多晶和單晶兩種氧化銅納米線，并將其用于鋰離子電池負極。在第二次循環(huán)中放電比容量多晶納米線為766mAh/g，單晶的為416mAh/g，在一百次循環(huán)之后，其放電比容量分別為550mAh/g和470mAh/g，多晶納米線的容量相對較高，而單晶氧化銅納米線的循環(huán)穩(wěn)定性好于多晶氧化銅納米線[Gao?X?P,Bao?J?L,Pan?G?L,et?al.Preparation?and?electrochemical?performance?of?polycrystalline?and?single?crystalline?CuO?nanorods?as?anode?materials?for?Li?ion?battery[J].The?Journal?of?Physical?Chemistry?B,2004,108:5547-5551.]。?

盡管目前CuO的納米結(jié)構(gòu)和復合材料都在某種程度上提高了其儲鋰容量和循環(huán)性能，但是這些材料的制備過程都相對復雜，比如前述的Sun等人所制備的納米帶過程需要嚴格控制溶液中各種原料的配比和濃度，以及反應(yīng)體系的溫度等反應(yīng)條件參數(shù)；又或者原材料價格較高，這些都不利于納米氧化銅材料在鋰離子電池中的應(yīng)用。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于提供一種納米氧化銅的制備方法，包括：?

1、一種納米氧化銅的制備方法，包括下述步驟：?

步驟一：將銅基粉末分散在絡(luò)合劑溶液中反應(yīng)12h～72h后得到氫氧化銅納米帶；?

步驟二：將步驟一所得氫氧化銅納米帶進行后處理，得到氧化銅納米結(jié)構(gòu)。?

本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案是：所述銅基粉末選自微米級氧化亞銅粉末、微米級銅粉和納米級銅粉中的一種。?

本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案是：所述絡(luò)合劑選自氨水、氨基鈉水溶液或尿素水溶液、四甲基氫氧化銨水溶液中的一種或多種。?

本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案是：所述絡(luò)合劑溶液的濃度為0.1mol/L～10mol/L。?

本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案是：所述絡(luò)合劑溶液中還包含過氧化氫。?

本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案是：所述步驟二中的后處理選自下述方式中的一種：?

(i)在氫氧化鉀水溶液中處理；?

(ii)水熱反應(yīng)；?

(iii)將步驟一所得的氫氧化銅納米帶在200℃下煅燒,所得的產(chǎn)物氧化銅納米結(jié)構(gòu)為帶狀結(jié)構(gòu)。?

本發(fā)明還提供了所述納米氧化銅制備的鋰離子電池負極材料?

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種納米氧化銅的制備方法及其在鋰離子電池負極材料中的應(yīng)用。本發(fā)明通過將銅基粉末分散在絡(luò)合劑溶液中進行處理，首先形成一價銅氨絡(luò)合物，一價銅氨絡(luò)合物在空氣中迅速被氧化為二價銅氨絡(luò)合物，然后這種絡(luò)合物在堿液中轉(zhuǎn)化為氫氧化銅，將氫氧化銅進一步處理即得納米結(jié)構(gòu)的氧化銅，所得產(chǎn)物的直徑為5nm～20nm，厚度分布在10nm～30nm之間。本發(fā)明使用的微米級氧化亞銅粉末優(yōu)選尺寸為1μm～1000μm，微米級銅粉的優(yōu)選尺寸為1μm～1000μm，納米級銅粉優(yōu)選的尺寸為10nm～1000nm。?