[發明專利]一種泡沫銅基鋰離子電池負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710879789.6
• 申請日: 2017-09-26
• 公開（公告）號: CN107768600B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 林曉明;林佳;牛繼亮;彭海軍;蔡躍鵬
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01M4/1391
• 分類號: H01M4/1391;H01M4/36;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 胡輝

本發明公開了一種泡沫銅基鋰離子電池負極材料及其制備方法，該電池負極材料的制備方法包括以下步驟：1)泡沫銅的預處理；2)Cu?MOF/泡沫銅的制備；3)Cu?MOF/泡沫銅的煅燒處理。本發明的泡沫銅基鋰離子電池負極材料具有三維多孔結構，BET表面積大、孔隙率大，增加了電解質和負極材料之間的接觸面積，而引入導電基底泡沫銅和Cu?MOF有利于電荷快速轉移，碳元素摻雜量的增加為鋰離子存儲提供了更多的可用活性位點，且可以有效緩解充放電過程中的體積膨脹效應，可逆比容量高，循環穩定性好；本發明的泡沫銅基鋰離子電池負極材料可直接用作無粘合劑和導電劑的電極，簡化了電極制備工藝。

技術領域

本發明涉及一種泡沫銅基鋰離子電池負極材料及其制備方法。

背景技術

隨著環境問題的惡化和能源消耗的增加，新材料和新能源將是未來最具商業前景的產業。鋰離子電池(LIBs)被認為是最有應用價值的儲能裝置，具有功率密度高、循環壽命長、安全環保等優點，已經在便攜式電子產品、電動汽車、航空航天等領域廣泛應用。然而，鋰離子電池的開發與應用有一定的瓶頸。例如：石墨負極材料的理論容量低(372mAh/g)，已經不能滿足高能量密度的要求；金屬或過渡金屬氧化物(TMOs)負極材料的理論容量較高，但在充放電過程中體積膨脹效應大，循環性能差。因此，亟需開發一種容量高、循環穩定性好的新型電極材料，才能滿足日益增長的能量存儲需求。

泡沫銅(CF)具有三維網狀結構，孔隙率高，比表面積大，被廣泛用于電容器和鋰二次電池。金屬-有機框架(MOFs)是一種新型超分子復合材料，由金屬離子或金屬簇與有機配體形成的材料，具有可控性通道，比表面積大，顆粒大小可調，將其添加到鋰離子電池負極材料中可以提高鋰離子的存儲容量，表現出更好的電化學性能。然而，現有工藝大多都是通過粘合劑將泡沫銅或/和金屬-有機框架添加到鋰離子電池負極材料中，制備得到的鋰離子電池負極材料表面電阻高，電導率低，由其制備的鋰離子電池性能不佳，很難實際應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種泡沫銅基鋰離子電池負極材料及其制備方法。

本發明所采取的技術方案是：

一種泡沫銅基鋰離子電池負極材料的制備方法，包括以下步驟：

1)泡沫銅的預處理：先分別用丙酮和鹽酸浸泡處理泡沫銅，再分別用乙醇和水清洗泡沫銅；

2)Cu-MOF/泡沫銅的制備：將銅鹽和1,4-苯二甲酸溶解在DMF中，加入步驟1)處理過的泡沫銅，100～120℃反應40～60小時，離心，對固體產物進行洗滌、干燥，得到Cu-MOF/泡沫銅；

3)Cu-MOF/泡沫銅的煅燒處理：將Cu-MOF/泡沫銅置于管爐中，以2～4℃/min的升溫速率升至550～650℃，在氮氣氛圍中煅燒4～6小時，再以4～6℃/min的降溫速率降至室溫，得到CuO-Cu₂O-C/CF，即泡沫銅基鋰離子電池負極材料。

步驟2)所述的銅鹽、1,4-苯二甲酸的摩爾比為(3.5～4.0)：1。

步驟2)所述的銅鹽、DMF的添加量比為1mol：(5500～6500)mL。

步驟2)所述的銅鹽、泡沫銅的摩爾比為1：(0.6～1.5)。

步驟2)所述的銅鹽為Cu(NO₃)₂、Cu(CH₃COO)₂、CuCl₂中的至少一種。

步驟2)中對固體產物進行洗滌所用的溶劑為DMF，洗滌3～5次。

步驟2)中對固體產物進行干燥的溫度為100～120℃，干燥時間為40～50小時。