[實(shí)用新型]一種用于鋰離子電池的碳芯/氧化銅外殼復(fù)合電極

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720062309.2
• 申請(qǐng)日: 2017-01-19
• 公開（公告）號(hào): CN206422149U
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁偉;羅健;潘保有;邱志強(qiáng);黃詩敏;閆志國;譚振豪;湯勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/583;H01M4/62;H01M4/48;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司44102
• 代理人: 何淑珍

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于鋰離子電池的碳芯/氧化銅外殼復(fù)合電極。

背景技術(shù)

鋰離子電池屬于綠色高能可充電化學(xué)電源，具有電壓高、能量密度大、循環(huán)性能好、自放電小、無記憶效應(yīng)等突出優(yōu)點(diǎn)，在運(yùn)載工具、便攜式電子設(shè)備、通信用后備電源、空間技術(shù)、國防工業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

碳類材料是目前鋰離子電池中應(yīng)用最為廣泛的負(fù)極材料，具有合適的嵌鋰電位（0.15~0.25Ｖ），導(dǎo)電性好，循環(huán)穩(wěn)定，而且資源豐富，價(jià)格低廉，已長(zhǎng)期成為市場(chǎng)主流。然而碳類材料的理論比容量較低（372mAh·g^-1），已經(jīng)滿足不了人們對(duì)能源的過高需求，因此人們迫切需要儲(chǔ)鋰性能好，理論容量高的新型活性物質(zhì)替代傳統(tǒng)的石墨材料應(yīng)用于鋰離子電池領(lǐng)域，以解決能源供不應(yīng)求的困窘局面。過渡金屬氧化物由于其儲(chǔ)鋰性能好、理論容量高、制備簡(jiǎn)單、原材料來源廣泛等優(yōu)點(diǎn)引起了海內(nèi)外廣大研究學(xué)者的強(qiáng)烈興趣。氧化銅作為最常見的過渡金屬氧化物，由于其理論比容量較高 (674mAh·g^-1)、制備簡(jiǎn)單、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸應(yīng)用于鋰離子電池中。然而氧化銅的導(dǎo)電性較差，因此將純氧化銅作為負(fù)極活性物質(zhì)應(yīng)用于鋰離子電池中會(huì)不可避免地造成電池的循環(huán)壽命、庫倫效率和充放電穩(wěn)定性的下降。為了解決這個(gè)問題，廣大研究學(xué)者目前主要通過添加導(dǎo)電添加劑、合成復(fù)合材料和修飾活性物質(zhì)形態(tài)等方法來改善氧化銅作為負(fù)極活性物質(zhì)的電池的綜合性能。比如通過添加導(dǎo)電石墨、碳納米管、金屬粉末等導(dǎo)電材料來改善電極的導(dǎo)電性，通過合成CuO復(fù)合納米線、納米棒、納米花等結(jié)構(gòu)來提高電池的循環(huán)壽命以及可逆容量等。這些方法都在一定程度上解決了CuO導(dǎo)電性差而導(dǎo)致電池性能下降的問題。

此外，鋰離子電池在循環(huán)充放電過程中，活性物質(zhì)內(nèi)部的嵌鋰和脫鋰過程不可避免地會(huì)造成活性物質(zhì)顆粒體積的膨脹和收縮，從而造成電極材料的粉化現(xiàn)象，影響電池的循環(huán)壽命。因此，限制活性物質(zhì)在嵌鋰和脫鋰過程中的體積變化無疑是延長(zhǎng)電池循環(huán)壽命，改善電池綜合性能的有效手段。比如有研究學(xué)者通過在硅顆粒表面碳化一層碳薄層來限制電池充放電過程中硅顆粒劇烈的體積變化，從而改善電池的循環(huán)壽命和可逆容量。還有學(xué)者通過化學(xué)鍍銅法使硅顆粒表面實(shí)現(xiàn)金屬化，從而改善鋰離子電池的各項(xiàng)電化學(xué)性能。

實(shí)用新型內(nèi)容

為了提高CuO作為電池負(fù)極材料時(shí)電極的導(dǎo)電性，限制碳類活性物質(zhì)在電池充放電過程中的體積的變化，從而提高電池的可逆容量、循環(huán)壽命、充放電穩(wěn)定性等電化學(xué)性能，本實(shí)用新型提供了一種用于鋰離子電池的碳芯/氧化銅外殼復(fù)合電極。

本實(shí)用新型通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

一種用于鋰離子電池的碳芯/氧化銅外殼復(fù)合電極，所述碳芯/氧化銅外殼復(fù)合電極的芯部為碳纖維，外殼為氧化銅薄層；所述的氧化銅薄層具有陣列型的針狀結(jié)構(gòu)和孔狀結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述的針狀結(jié)構(gòu)和孔狀結(jié)構(gòu)均為納米尺度結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述針狀結(jié)構(gòu)在氧化銅薄層的外表面，所述孔狀結(jié)構(gòu)為貫通氧化銅薄層的孔。

進(jìn)一步地，用于鋰離子電池的碳芯/氧化銅外殼復(fù)合電極采用直徑為14~15mm，厚度為0.1~0.2mm的鍍銅碳纖維氈經(jīng)燒結(jié)成型和表面氧化處理而成。

所述的一種用于鋰離子電池的碳芯/氧化銅外殼復(fù)合電極的制備方法，包括鍍銅碳纖維的制備、鍍銅碳纖維的燒結(jié)成型和成型鍍銅碳纖維氈的表面氧化處理。

進(jìn)一步地，所述鍍銅碳纖維的制備，包括如下步驟：

（1）表面除膠：將碳纖維置于高溫電阻爐內(nèi)空氣中灼燒，除去碳纖維表面的保護(hù)膠，提高鍍層與碳纖維的結(jié)合力，減小鍍層和碳纖維之間的接觸電阻；

（2）表面粗化：將灼燒后的碳纖維置于 (NH₄)₂S₂O₈溶液中超聲波浸泡，使碳纖維表面粗化和呈親水性；隨后用NaOH溶液浸泡，除去碳纖維表面殘余的 (NH₄)₂S₂O₈，再用去離子水清洗；

（3）表面敏化：將粗化后的碳纖維置于由SnCl₂、HCl和H₂O配制而成的敏化液中浸泡，然后用去離子水進(jìn)行靜水漂洗；

（4）表面活化：將敏化后的碳纖維置于由AgNO₃、NH₃·H₂O和H₂O配制而成的活化液中浸泡，然后用去離子水將碳纖維清洗至黑色；