[發明專利]一種鋰離子電池用氧化銅復合負極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201711309112.5
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN108054362A
• 公開（公告）日: 2018-05-18
• 發明（設計）人: 蔣瑪麗
• 申請（專利權）人: 寧波高新區錦眾信息科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/58;H01M4/583;H01M4/60;H01M10/0525
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 俞滌炯

本發明公開了一種鋰離子電池用氧化銅復合負極材料的制備方法，包括如下步驟：(1)制備石墨烯分散液；(2)制備銅鹽前軀體混合溶液；(3)將上述氧化石墨烯分散液置于保護氣氛中，加入銅鹽前驅體混合溶液，加入氫氧化鈉溶液，攪拌后轉移至水熱反應釜，反應所得到產物分別用無水乙醇和去離子水清洗，真空冷凍干燥后得到石墨烯負載CuO/聚吡咯復合材料。本發明在用于鋰離子電池時，使得鋰離子電池具有高的比容量以及較長的使用壽命。

所屬技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池用氧化銅復合負極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池作為一種新型的化學電源，因其輸出電壓高、比能量高、循環壽命長、自放電小、安全、無記憶效應和環境友好已成為當前世界各國在新能源材料領域發展的重點。目前，鋰離子電池所使用的負極材料一般都是碳材料，如石墨、軟碳(如焦炭等)、硬碳等。雖然碳負極材料已經成功商品化，但仍存在一些難以克服的弱點，例如石墨類碳材料與有機溶劑相容能力較差，容易發生溶劑共嵌入，降低嵌鋰性能；鋰離子在石墨中擴散系數小，不利于快速充放電；碳負極的電位與金屬鋰的電位很接近，當電池過充時碳電極表面易析出金屬鋰而引起短路；在高溫下，碳負極上的保護層可能分解而導致電池著火；此外，碳負極理論容量僅為372mAh/g，不能充分滿足高容量、高功率密度鋰離子電池的要求。多種3d過渡金屬(包括Ti、Fe、Cu、Co和Ni等)氧化物在作為鋰離子電池負極材料時具有高容量的特性。其中CuO作為鋰離子電池負極材料的其理論容量為674mAh/g，為石墨負極材料的2倍以上。其重量密度為6.32g/cm3，是石墨的近3倍，因而其作為鋰離子電池負極材料還具有儲鋰體積密度大的優勢。此外，CuO還具有容易存儲和無毒無害等優點，因而是一種極具發展和應用潛力的新一代鋰離子電池負極材料。然而上CuO的制備過程比較復雜，合成條件要求較高，不利于工業化生產；同時這類復合相納米顆粒通常存在容易團聚和體積變形等問題，從而喪失其優異的表面物理化學性能。

發明內容

為克服上述不足，本發明提供一種鋰離子電池用氧化銅復合負極材料的制備方法，使用該方法制備的負極材料，具有高的比容量和循環穩定性。

為了實現上述目的，本發明提供的一種鋰離子電池用氧化銅復合負極材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)制備石墨烯分散液

取石墨原料與雙氧水及濃硫酸混合反應，制得硫酸插層石墨，對所述硫酸插層石墨進行微波處理3-6h，再進行超聲處理，獲得薄層石墨，在溫度為350-400℃的條件下，將所述薄層石墨與氯化鎂反應，獲得金屬氯化物插層薄層石墨；將所述金屬氯化物插層薄層石墨與濃硫酸混合并充分反應，其后對反應產物依次進行超聲、清洗、干燥處理，獲得薄層石墨烯，將薄層石墨烯分散于蒸餾水中，形成石墨烯分散液；

(2)制備銅鹽前軀體混合溶液

分別配制吡咯單體溶液和濃度為0.1-0.3mol/L的乙酸銅溶液，超聲使其分散均勻，按體積比為1∶6-1∶2量取得到的吡咯單體溶液與乙酸銅溶液，并將二者混合均勻，形成銅鹽前軀體混合溶液；

(3)制備復合磷酸鋯石墨烯負載CuO/聚吡咯復合材料

將上述氧化石墨烯分散液置于保護氣氛中，加入銅鹽前驅體混合溶液和磷酸鋯微粉，其中氧化石墨烯：乙酸銅：磷酸鋯的質量比為：1:(5-8)：(1-2)，攪拌30-40分鐘，加入氫氧化鈉溶液，使混合液pH為8-10，繼續攪拌50-60分鐘，將上述混合液轉移至水熱反應釜，150-200℃下反應10-20小時，將反應所得到產物分別用無水乙醇和去離子水清洗，真空冷凍干燥后得到復合磷酸鋯石墨烯負載CuO/聚吡咯復合材料。

特別的，步驟(1)中所述超聲處理的條件為：超聲功率600-1000W，超聲時間1-2h。

特別的，步驟(1)中所述石墨分散液濃度為1-3mg/ml。