[發明專利]一種鋰離子電池用聚吡咯包覆氧化銅納米材料及制備方法

在審

• 申請號: 201610983659.2
• 申請日: 2016-11-09
• 公開（公告）號: CN108063220A
• 公開（公告）日: 2018-05-22
• 發明（設計）人: 馮莉莉;王蕊;張引引
• 申請（專利權）人: 云南民族大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種鋰離子電池負極用聚吡咯包覆氧化銅納米材料及其制備方法。該方法是在表面活性劑的水溶液中，加入已經制備得到的氧化銅納米材料，攪拌均勻后，通過加入吡咯、摻雜劑、氧化劑通過化學氧化聚合法制備得到聚吡咯包覆的氧化銅納米材料。反應結束后離心分離，用去離子水、乙醇等洗滌，真空干燥或者冷凍干燥即可制備得到CuO@PPy復合材料。相比于純CuO作為鋰離子電池負極，CuO@PPy復合材料作為鋰離子電池負極的優點在于：使用氧化銅作為鋰離子電池負極材料時，循環50次后容量開始有較大的衰減。CuO@PPy復合材料，由于聚吡咯外殼對CuO起到了保護作用，材料的比容量在多次循環后具有很好的容量保持率。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池領域，涉及無機半導體納米材料制備技術領域。主要是涉及一種聚吡咯包覆氧化銅納米材料及其制備方法，該材料主要應用于鋰離子電池負極，相對于未包覆的氧化銅納米材料，可以提高作為鋰離子電池負極的充放電循環穩定性。

背景技術

鋰離子電池因具有高電壓、高能量、質量輕、體積小、內阻小、自放電少、循環壽命長、無記憶效應等特點，已被廣泛應用在移動電子設備、備用儲能等領域，是目前新能源材料的研究熱點之一。鋰離子電池的發展很大程度上依賴于電池材料性能的提高，目前負極材料也是提高電池能量及循環壽命的重要因素。商品化的鋰離子電池負極材料主要是石墨、焦炭和不可石墨化碳等。但是，理論容量低，難以滿足動力電源的需求。2000年，法國的Tarascon課題組在自然雜志上發表了文章，報道了納米尺寸的過渡金屬氧化物MO(M=Co、Ni、Cu、Fe等) 等可以作為鋰離子二次電池負極材料，并表現出較高的比容量（> 600 mAhg-1），此值大約是碳材料理論容量的兩倍。并且提出了這類材料的充放電反應機理，不同于以往脫嵌式反應機理。在充放電過程中，過渡金屬氧化物與金屬鋰發生氧化還原反應，帶來高比容量，并且倍率充放電性能較好，是鋰離子電池發展的重要方向之一，具有很好的發展前景。

盡管金屬氧化物鋰離子電池負極具有比容量大的優勢，但是卻存在著可逆循環比容量衰減較大、循環性能不穩定的不足之處。這是因為金屬氧化物多數是導電性較差的半導體材料，再者在反應過程中生成的Li2O進一步惡化了材料的導電性，致使負極的導電性較差。同時，過渡金屬氧化物顆粒首次嵌鋰后，往往會發生較大的體積膨脹，產生較大的應力，極易發生材料的粉化，顆粒間及顆粒與集流體間在循環過程中會逐漸失去電接觸；此外，大量鋰離子嵌入后，體積膨脹使相鄰的納米顆粒增加了接觸的機會，納米顆粒表面的原子相互成鍵而使近鄰的納米顆粒逐漸融合，從而引發所謂的電化學團聚，使得許多原來活性的顆粒喪失電化學活性。其次，在首次放電時，電解液和CuO表面發生反應而生成SEI層(固體電解質界面層)，從而引起了較大的不可逆充放電容量。這些是過渡金屬氧化物作為鋰離子電池負極（包括CuO納米材料）研究中亟需解決的問題。將金屬氧化物制備成具有核殼結構的復合材料，可以提高其可逆比容量和循環性能。這是因為殼結構能夠阻止核結構的應力變化和破裂情況的發生，在核表面形成一層保護層，防止活性物質與電解液之間的反應。

例如，我們課題組在研究中發現，使用氧化銅作為鋰離子電池負極材料時，循環50次后，負極容量開始有較大的衰減。因此我們通過在氧化銅納米材料表面聚合聚吡咯外殼,提高氧化銅作為鋰離子電池負極時充放電循環穩定性。類似的做法文獻中也有報道，例如：中科院物理所王兆祥課題組以NiO作為鋰離子電池負極材料時，可逆比容量約為400 mAhg-1，經過聚吡咯表面包覆形成核殼結構復合物后，材料的可逆比容量增長到680 mAh g-1。鄭慶東博士等人研究發現以CuO作為鋰離子電池負極材料時，可逆比容量約為200 mAh g-1(10次充放電循環)，經過聚吡咯表面包覆形成核殼結構復合物后，材料的可逆比容量增長到600 mAhg-1。