[发明专利]一种纳米管状CuO/C复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种纳米管状CuO/C 复合材料及其制备方法，所述复合材料由多个纳米管相互搭接而成，所述纳米管的长度为1～5μm，管径为100～200nm，管壁厚度为30～50nm。本发明中，CuO/C复合材料形成为纳米管结构，且纳米管组装形成相互联通的通道，所以可有效增大材料的比表面积，同时增加电极材料与电解液的接触面积，为锂离子脱嵌提供更多的活性位点，同时缓解充放电过程中的体积变化，提高电池的稳定性与循环性能。

技术领域

本发明涉及一种纳米管状CuO/C复合材料及其制备方法，属于锂离子电池领域。

背景技术

过渡金属氧化物是近几年才被得到科研工作者重视的一种新型锂离子电池负极材料。这类材料集中在Mn、Fe、Cu、Ni等3d过渡金属的氧化物，它们的理论容量一般都较高，普遍具有约两倍于现有碳基材料的理论容量。与其他类型的负极材料相比，过渡金属氧化物原料相对来说资源丰富、制备加工相对简单、生产成本较低等优点，是最有可能成为替代现有常用的碳基负极材料的候选材料之一。

氧化铜(CuO)是一种很有潜力的锂离子电池负极材料，理论容量为670mAh·g^-1，接近商业石墨负极的两倍，且环境污染小、成本低廉。但是由于充放电过程中粒子的团聚及活性物质的粉化，使得容量迅速衰减。为解决这些问题，可以采用合成具有纳米花球、纳米线、纳米棒与纳米片等微观形貌的CuO，以减小体积变化率，提高循环稳定性。

目前，制备CuO材料的方法主要有沉淀法和水热法。Zhongli Hu[Zhongli Hu,Hongdong Liu.Three-dimensional CuO microflowers as anode materials for Li-ionbatteries.Ceramics International 41(2015)8257–8260.]等以Cu(NO₃)₃，NH₃·H₂O和NaOH为原料采用液相沉淀法，制备出纳米花球CuO。在100mAg^-1电流密度下，首次放电比容量为785mAh g^-1，但容量迅速衰减至350mAh g^-1。Xiaodi Liu[Xiaodi Liu,Guangyin Liu,Lijuan Wang,Yinping Li,Yupei Ma,Jianmin Ma.Morphology and facet-controlledsynthesis of CuO micro/nanomaterials and analysis of their lithium ionstorage properties.Journal of Power Sources312(2016)199e206.]以氯丁烷和甲基咪唑制备离子液体，与CuSO₄·5H₂O溶解在去离子水中，在140℃下水热反应10h，制得具有纳米片状结构的CuO。在0.5C下，循环10次后的放电容量为520.3mAh g^-1，但虽倍率的提高，容量迅速衰减。上述合成方法制备的产物尺寸不均一，形貌不易控制，放电比容量衰减迅速。溶胶-凝胶法反应周期较长，形貌不易控制。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种具有特殊形貌且具有优异的电池稳定性与循环性能的CuO/C复合材料，以及制备这种复合材料的方法。

一方面，本发明提供一种纳米管状CuO/C复合材料，所述复合材料由多个纳米管相互搭接而成，所述纳米管的长度为1～5μm，管径为100～200nm，管壁厚度为30～50nm。

本发明中，CuO/C复合材料形成为纳米管结构，且纳米管组装形成相互联通的通道，所以可有效增大材料的比表面积，同时增加电极材料与电解液的接触面积，为锂离子脱嵌提供更多的活性位点，同时缓解充放电过程中的体积变化，提高电池的稳定性与循环性能。

本发明的复合材料中，CuO和C的质量比可为10：1～2：1。