[發明專利]基于銅錫合金的三維氧化亞銅-納米多孔銅鋰離子電池負極的一步制備法

有效

• 申請號: 201811345810.5
• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN109524622B
• 公開（公告）日: 2020-02-11
• 發明（設計）人: 劉文博;董鑫;成朋;李寧;顏家振
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H01M4/1391
• 分類號: H01M4/1391;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 51202 成都科海專利事務有限責任公司
• 代理人: 郭萍

本發明提供了基于銅錫合金的三維氧化亞銅?納米多孔銅鋰離子電池負極的一步制備法，將銅錫合金片打磨拋光，用水洗滌后置于氫氟酸與硝酸的混合溶液中進行去合金化處理，在去合金化的過程中形成納米多孔銅并在納米多孔銅表面原位生長出覆蓋納米多孔銅的氧化亞銅納米薄膜，控制去合金化溫度為50～90℃，待銅錫合金中的錫完全去除后即完成去合金化處理，然后用水和乙醇洗滌，即得三維氧化亞銅?納米多孔銅鋰離子電池負極。本發明的方法能簡化鋰離子電池負極的生產工藝和有效提高鋰離子電池負極的循環性能和倍率性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池負極領域，涉及一種基于銅錫合金的三維氧化亞銅-納米多孔銅鋰離子電池負極的一步制備法。

背景技術

鋰離子電池具有開路電壓高，壽命長，能量密度高，無記憶效應和環境友好等優點，廣泛運用于便攜式移動通訊設備、筆記本電腦以及電力存儲設備等。雖然傳統負極材料石墨已經得到了廣泛的應用，但因為其較低的比容量大大限制了鋰離子電池在電動汽車，混合動力汽車領域的應用。提高鋰離子電池性能的關鍵之一是尋找合適的負極材料，使鋰離子電池可以滿足不斷增加的儲能需求。

過渡金屬氧化物(如Fe,Co,Ni,Cu基氧化物)因其較高的理論比容量，環境友好，價格低廉等原因，受到了科研工作者的廣泛關注，在下一代鋰離子電池負極材料方面展現出巨大的潛力。然而，一直橫亙在實際應用過渡金屬氧化物作為鋰離子電池負極材料面前的巨大問題依然沒有解決。例如，在充放電過程中產生的巨大體積膨脹，將導致活性物質從集流體上脫落，容量急劇衰減。過渡金屬氧化物一般為半導體，其導電率較低，這將造成充放電過程活性材料反應不充分，充放電容量減少。

為了解決過渡金屬氧化物存在的問題，目前主要采取三種方法：納米化、薄膜化以及表面涂覆。納米化是通過減小負極材料的尺寸，以減小在充放電過程中的體積膨脹，同時減小鋰離子的擴散距離，增大電極材料的比表面積，從而提高循環穩定性與容量保持率。薄膜化是利用薄膜材料具有較高的機械強度，使活性材料附著在集流體表面，改善材料的循環性能。表面涂覆是通過在過渡金屬氧化物表面涂覆一層導電物質(如C、ppy等)，提高其導電率，從而提高其比容量與倍率性能。盡管上述三種方法可以在一定程度上解決過渡金屬氧化物存在的一些問題，然而距離實際的應用還有很長的路要走。

Dequan Liu等公開了以泡沫鎳為集流體的納米多孔銅/氧化亞銅膜型鋰離子電池負極的制備方法(見Nanoscale,2013,5,1917-1921.)，該方法將Cu₅₀Al₅₀合金置于60℃的氫氧化鈉溶液中浸泡制備納米多孔銅，將納米多孔銅制成粉狀并與聚偏二氟乙烯按照9:1的質量比在加入少量N-甲基吡咯烷酮的情況下混勻形成漿料，將所得漿料涂覆在泡沫鎳集流體上并在真空條件下于120℃干燥10h，然后在空氣中于140℃加熱3min在納米多孔銅的孔壁面上形成氧化亞銅膜，得到鋰離子電池負極。該方法需要先制備納米多孔銅，再配合粘結劑和溶劑調制漿料并涂覆在泡沫鎳集流體上，干燥并加熱氧化在納米多孔銅的孔壁面形成氧化亞銅膜，操作步驟多，生產工藝繁瑣，不利于生產成本的降低和實現規模化生產。同時，該方法先制得納米多孔銅載體，通過粘結劑粘結在多孔鎳上之后再二次處理獲得氧化亞銅，粘結和二次處理容易使納米多孔銅載體表面污染和吸附雜質原子，這會不但導致與氧化亞銅之間的結合力變差，而且會阻礙電子傳輸，電極極化和阻抗增加，倍率性能不佳。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于銅錫合金的三維氧化亞銅-納米多孔銅鋰離子電池負極的一步制備法，以簡化鋰離子電池負極的生產工藝和有效提高鋰離子電池負極的循環性能和倍率性能。

本發明提供的基于銅錫合金的三維氧化亞銅-納米多孔銅鋰離子電池負極的一步制備法，操作如下：