[發明專利]一種納米管狀CuO/C復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201611239190.8
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106602025B
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發明（設計）人: 劉一軍;李嘉胤;齊慧;黃劍鋒;同繼鋒;潘利敏;汪慶剛;黃玲艷
• 申請（專利權）人: 蒙娜麗莎集團股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/587;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 鄭優麗;熊子君

本發明涉及一種納米管狀CuO/C 復合材料及其制備方法，所述復合材料由多個納米管相互搭接而成，所述納米管的長度為1～5μm，管徑為100～200nm，管壁厚度為30～50nm。本發明中，CuO/C復合材料形成為納米管結構，且納米管組裝形成相互聯通的通道，所以可有效增大材料的比表面積，同時增加電極材料與電解液的接觸面積，為鋰離子脫嵌提供更多的活性位點，同時緩解充放電過程中的體積變化，提高電池的穩定性與循環性能。

技術領域

本發明涉及一種納米管狀CuO/C復合材料及其制備方法，屬于鋰離子電池領域。

背景技術

過渡金屬氧化物是近幾年才被得到科研工作者重視的一種新型鋰離子電池負極材料。這類材料集中在Mn、Fe、Cu、Ni等3d過渡金屬的氧化物，它們的理論容量一般都較高，普遍具有約兩倍于現有碳基材料的理論容量。與其他類型的負極材料相比，過渡金屬氧化物原料相對來說資源豐富、制備加工相對簡單、生產成本較低等優點，是最有可能成為替代現有常用的碳基負極材料的候選材料之一。

氧化銅(CuO)是一種很有潛力的鋰離子電池負極材料，理論容量為670mAh·g^-1，接近商業石墨負極的兩倍，且環境污染小、成本低廉。但是由于充放電過程中粒子的團聚及活性物質的粉化，使得容量迅速衰減。為解決這些問題，可以采用合成具有納米花球、納米線、納米棒與納米片等微觀形貌的CuO，以減小體積變化率，提高循環穩定性。

目前，制備CuO材料的方法主要有沉淀法和水熱法。Zhongli Hu[Zhongli Hu,Hongdong Liu.Three-dimensional CuO microflowers as anode materials for Li-ionbatteries.Ceramics International 41(2015)8257–8260.]等以Cu(NO₃)₃，NH₃·H₂O和NaOH為原料采用液相沉淀法，制備出納米花球CuO。在100mAg^-1電流密度下，首次放電比容量為785mAh g^-1，但容量迅速衰減至350mAh g^-1。Xiaodi Liu[Xiaodi Liu,Guangyin Liu,Lijuan Wang,Yinping Li,Yupei Ma,Jianmin Ma.Morphology and facet-controlledsynthesis of CuO micro/nanomaterials and analysis of their lithium ionstorage properties.Journal of Power Sources312(2016)199e206.]以氯丁烷和甲基咪唑制備離子液體，與CuSO₄·5H₂O溶解在去離子水中，在140℃下水熱反應10h，制得具有納米片狀結構的CuO。在0.5C下，循環10次后的放電容量為520.3mAh g^-1，但雖倍率的提高，容量迅速衰減。上述合成方法制備的產物尺寸不均一，形貌不易控制，放電比容量衰減迅速。溶膠-凝膠法反應周期較長，形貌不易控制。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種具有特殊形貌且具有優異的電池穩定性與循環性能的CuO/C復合材料，以及制備這種復合材料的方法。

一方面，本發明提供一種納米管狀CuO/C復合材料，所述復合材料由多個納米管相互搭接而成，所述納米管的長度為1～5μm，管徑為100～200nm，管壁厚度為30～50nm。

本發明中，CuO/C復合材料形成為納米管結構，且納米管組裝形成相互聯通的通道，所以可有效增大材料的比表面積，同時增加電極材料與電解液的接觸面積，為鋰離子脫嵌提供更多的活性位點，同時緩解充放電過程中的體積變化，提高電池的穩定性與循環性能。

本發明的復合材料中，CuO和C的質量比可為10：1～2：1。