[發(fā)明專利]一種銅網(wǎng)原位生長氧化石墨烯復合三維硫化銅電池負極材料、制備方法及應用

有效

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• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN111463432B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發(fā)明（設計）人: 楊艷玲;和茹梅;陳志剛;朱建峰;鎖國權;馮雷;葉曉慧;張荔;侯小江;張娜;畢雅欣;鄒鑫鑫;孫瑜;陳華軍
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;H01M4/74;H01M4/136;H01M4/1397;H01M10/054;H01M10/04
• 代理公司: 西安西達專利代理有限責任公司 61202
• 代理人: 劉華

一種銅網(wǎng)原位生長氧化石墨烯復合三維硫化銅電池負極材料、制備方法及應用。一種制備鈉離子電池用銅網(wǎng)原位生長氧化石墨烯復合三維硫化銅負極材料的方法，以一定的電流恒定輸出，以石墨為陰極、銅網(wǎng)為陽極、溶液A為電解液陽極氧化，去離子水反復沖洗陽極氧化后的銅網(wǎng)并氮氣吹干，得到產(chǎn)物A；將產(chǎn)物A置于氧化石墨烯懸浮液中，反復浸漬，并在氬氣中退火得到產(chǎn)物B；直接將產(chǎn)物B壓片作為扣式電池負極片。通過制備原位生長的負極片舍棄了粘結劑的使用，電極活性物質直接生長在集流體，使得集流體活性物質充分接觸且通過復合氧化石墨烯進一步增強電子傳輸率并減緩循環(huán)充放電過程中引起的結構膨脹。該方法不僅降低了電池制作的成本，簡化了裝電池步驟且有效提高了電池整體能量密度，電子傳輸效率，大大提高了電池電化學性能。

技術領域

本發(fā)明涉及電池材料技術領域，特別涉及一種用銅網(wǎng)原位生長氧化石墨烯復合三維硫化銅制備鈉離子負極材料的制備方法及其應用。

背景技術

能源及環(huán)境為當今社會面臨的兩大問題，隨著能源的日益短缺及環(huán)境的不斷惡化，全球陷入能源短缺和環(huán)境惡化的窘境，新能源的開發(fā)儲存迫在眉睫，因而對能源進行有效的存儲是十分重要的課題。隨著鋰離子電池在電子設備的大規(guī)模使用化及電動汽車和大規(guī)模電網(wǎng)儲能的潛在需求，人們對地殼中鋰元素儲量的擔憂也在逐步增加。考慮到鈉離子和鋰離子相似的化學性質且地殼中鈉元素的豐富儲量、成本低、分布廣泛的特點，鈉離子電池將逐漸成為更理想的儲能候選者。

近年來，硫化銅在電池，傳感器，超級電容器等領域備受青睞，這不僅因為其優(yōu)良的物理化學穩(wěn)定性更因為硫化銅具有較高的理論比容量，電導率要比相應的氧化物高出幾個數(shù)量級，在電化學反應過程中表現(xiàn)出較快的電子傳輸速度；最關鍵一點是其儲量豐富、價格低廉，有利于降低電池的制造成本，使其在實現(xiàn)更大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化過程中，具有良好的應用前景。然而鈉電池負極通常通過機械或人工將負極材料混合粘結劑涂附在銅箔上，可能存在活性材料混合不均導致的活性物質利用率不高，活性物質顆粒間接觸電阻較大等缺陷。另一方面，廣泛使用的有機粘結劑存在循環(huán)穩(wěn)定性差，可逆比容量低等缺點，無粘結劑電極有效避免了粘結劑對電池電化學性能的影響。但無粘結劑電極可能在循環(huán)充電/放電過程中形態(tài)崩塌。

發(fā)明內容

為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明目的在于提供一種制備鈉離子電池用銅網(wǎng)原位生長氧化石墨烯復合三維硫化銅負極材料的方法及其應用。通過制備原位生長的負極片舍棄了粘結劑的使用，電極活性物質直接生長在集流體，使得集流體活性物質充分接觸。以銅網(wǎng)代替銅箔為集流體使得活性物質比表面積更高，能夠與電解液接觸更為充分。通過復合氧化石墨烯增強硫化銅片與片之間的連合與結構穩(wěn)定性減弱充放電過程中結構膨脹的影響。該方法不僅降低了電池制作的成本，簡化了裝電池步驟且有效提高了電池整體能量密度，電子傳輸效率，極大提高了電池電化學性能。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：

一種制備鈉離子電池用銅網(wǎng)原位生長氧化石墨烯復合三維硫化銅負極材料的方法，包括以下步驟：

步驟一：將銅網(wǎng)裁剪成一定大小依次放入無水乙醇，丙酮，去離子水中超聲處理，并在一定濃度稀鹽酸中浸泡。得到拋光銅網(wǎng)若干；

步驟二：將一定摩爾量的Na₂S?9H₂O溶解于200 ml去離子水得到溶液A；

步驟三：調整三恒電泳儀，以一定的電流恒定輸出，以石墨為陰極，銅網(wǎng)為陽極，溶液A為電解液，陽極氧化一定時間，去離子水反復沖洗陽極氧化后的銅網(wǎng)并氮氣吹干，得到銅網(wǎng)附著黑色活性物質的產(chǎn)物A；

步驟四：將產(chǎn)物A置于一定濃度單層氧化石墨烯懸浮液中浸漬一定時間后在恒溫箱中干燥，重復浸漬干燥操作若干次，最后無水乙醇反復清洗氮氣吹干得到產(chǎn)物B。

步驟五：將產(chǎn)物B置于氬氣中退火溫度為120℃～200℃，反應2～4 h后得到銅網(wǎng)附著硫化銅片的負極材料（產(chǎn)物C）。

所述步驟二中溶劑A濃度范圍為0.5～1.5 M。