[发明专利]一种泡沫铜基锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种泡沫铜基锂离子电池负极材料及其制备方法，该电池负极材料的制备方法包括以下步骤：1)泡沫铜的预处理；2)Cu‑MOF/泡沫铜的制备；3)Cu‑MOF/泡沫铜的煅烧处理。本发明的泡沫铜基锂离子电池负极材料具有三维多孔结构，BET表面积大、孔隙率大，增加了电解质和负极材料之间的接触面积，而引入导电基底泡沫铜和Cu‑MOF有利于电荷快速转移，碳元素掺杂量的增加为锂离子存储提供了更多的可用活性位点，且可以有效缓解充放电过程中的体积膨胀效应，可逆比容量高，循环稳定性好；本发明的泡沫铜基锂离子电池负极材料可直接用作无粘合剂和导电剂的电极，简化了电极制备工艺。

技术领域

本发明涉及一种泡沫铜基锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

随着环境问题的恶化和能源消耗的增加，新材料和新能源将是未来最具商业前景的产业。锂离子电池(LIBs)被认为是最有应用价值的储能装置，具有功率密度高、循环寿命长、安全环保等优点，已经在便携式电子产品、电动汽车、航空航天等领域广泛应用。然而，锂离子电池的开发与应用有一定的瓶颈。例如：石墨负极材料的理论容量低(372mAh/g)，已经不能满足高能量密度的要求；金属或过渡金属氧化物(TMOs)负极材料的理论容量较高，但在充放电过程中体积膨胀效应大，循环性能差。因此，亟需开发一种容量高、循环稳定性好的新型电极材料，才能满足日益增长的能量存储需求。

泡沫铜(CF)具有三维网状结构，孔隙率高，比表面积大，被广泛用于电容器和锂二次电池。金属-有机框架(MOFs)是一种新型超分子复合材料，由金属离子或金属簇与有机配体形成的材料，具有可控性通道，比表面积大，颗粒大小可调，将其添加到锂离子电池负极材料中可以提高锂离子的存储容量，表现出更好的电化学性能。然而，现有工艺大多都是通过粘合剂将泡沫铜或/和金属-有机框架添加到锂离子电池负极材料中，制备得到的锂离子电池负极材料表面电阻高，电导率低，由其制备的锂离子电池性能不佳，很难实际应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种泡沫铜基锂离子电池负极材料及其制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种泡沫铜基锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)泡沫铜的预处理：先分别用丙酮和盐酸浸泡处理泡沫铜，再分别用乙醇和水清洗泡沫铜；

2)Cu-MOF/泡沫铜的制备：将铜盐和1,4-苯二甲酸溶解在DMF中，加入步骤1)处理过的泡沫铜，100～120℃反应40～60小时，离心，对固体产物进行洗涤、干燥，得到Cu-MOF/泡沫铜；

3)Cu-MOF/泡沫铜的煅烧处理：将Cu-MOF/泡沫铜置于管炉中，以2～4℃/min的升温速率升至550～650℃，在氮气氛围中煅烧4～6小时，再以4～6℃/min的降温速率降至室温，得到CuO-Cu₂O-C/CF，即泡沫铜基锂离子电池负极材料。

步骤2)所述的铜盐、1,4-苯二甲酸的摩尔比为(3.5～4.0)：1。

步骤2)所述的铜盐、DMF的添加量比为1mol：(5500～6500)mL。

步骤2)所述的铜盐、泡沫铜的摩尔比为1：(0.6～1.5)。

步骤2)所述的铜盐为Cu(NO₃)₂、Cu(CH₃COO)₂、CuCl₂中的至少一种。

步骤2)中对固体产物进行洗涤所用的溶剂为DMF，洗涤3～5次。

步骤2)中对固体产物进行干燥的温度为100～120℃，干燥时间为40～50小时。