[发明专利]一种锂离子电池用氧化铜复合负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池用氧化铜复合负极材料的制备方法，包括如下步骤：(1)制备石墨烯分散液；(2)制备铜盐前躯体混合溶液；(3)将上述氧化石墨烯分散液置于保护气氛中，加入铜盐前驱体混合溶液，加入氢氧化钠溶液，搅拌后转移至水热反应釜，反应所得到产物分别用无水乙醇和去离子水清洗，真空冷冻干燥后得到石墨烯负载CuO/聚吡咯复合材料。本发明在用于锂离子电池时，使得锂离子电池具有高的比容量以及较长的使用寿命。

所属技术领域

本发明涉及一种锂离子电池用氧化铜复合负极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池作为一种新型的化学电源，因其输出电压高、比能量高、循环寿命长、自放电小、安全、无记忆效应和环境友好已成为当前世界各国在新能源材料领域发展的重点。目前，锂离子电池所使用的负极材料一般都是碳材料，如石墨、软碳(如焦炭等)、硬碳等。虽然碳负极材料已经成功商品化，但仍存在一些难以克服的弱点，例如石墨类碳材料与有机溶剂相容能力较差，容易发生溶剂共嵌入，降低嵌锂性能；锂离子在石墨中扩散系数小，不利于快速充放电；碳负极的电位与金属锂的电位很接近，当电池过充时碳电极表面易析出金属锂而引起短路；在高温下，碳负极上的保护层可能分解而导致电池着火；此外，碳负极理论容量仅为372mAh/g，不能充分满足高容量、高功率密度锂离子电池的要求。多种3d过渡金属(包括Ti、Fe、Cu、Co和Ni等)氧化物在作为锂离子电池负极材料时具有高容量的特性。其中CuO作为锂离子电池负极材料的其理论容量为674mAh/g，为石墨负极材料的2倍以上。其重量密度为6.32g/cm3，是石墨的近3倍，因而其作为锂离子电池负极材料还具有储锂体积密度大的优势。此外，CuO还具有容易存储和无毒无害等优点，因而是一种极具发展和应用潜力的新一代锂离子电池负极材料。然而上CuO的制备过程比较复杂，合成条件要求较高，不利于工业化生产；同时这类复合相纳米颗粒通常存在容易团聚和体积变形等问题，从而丧失其优异的表面物理化学性能。

发明内容

为克服上述不足，本发明提供一种锂离子电池用氧化铜复合负极材料的制备方法，使用该方法制备的负极材料，具有高的比容量和循环稳定性。

为了实现上述目的，本发明提供的一种锂离子电池用氧化铜复合负极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备石墨烯分散液

取石墨原料与双氧水及浓硫酸混合反应，制得硫酸插层石墨，对所述硫酸插层石墨进行微波处理3-6h，再进行超声处理，获得薄层石墨，在温度为350-400℃的条件下，将所述薄层石墨与氯化镁反应，获得金属氯化物插层薄层石墨；将所述金属氯化物插层薄层石墨与浓硫酸混合并充分反应，其后对反应产物依次进行超声、清洗、干燥处理，获得薄层石墨烯，将薄层石墨烯分散于蒸馏水中，形成石墨烯分散液；

(2)制备铜盐前躯体混合溶液

分别配制吡咯单体溶液和浓度为0.1-0.3mol/L的乙酸铜溶液，超声使其分散均匀，按体积比为1∶6-1∶2量取得到的吡咯单体溶液与乙酸铜溶液，并将二者混合均匀，形成铜盐前躯体混合溶液；

(3)制备复合磷酸锆石墨烯负载CuO/聚吡咯复合材料

将上述氧化石墨烯分散液置于保护气氛中，加入铜盐前驱体混合溶液和磷酸锆微粉，其中氧化石墨烯：乙酸铜：磷酸锆的质量比为：1:(5-8)：(1-2)，搅拌30-40分钟，加入氢氧化钠溶液，使混合液pH为8-10，继续搅拌50-60分钟，将上述混合液转移至水热反应釜，150-200℃下反应10-20小时，将反应所得到产物分别用无水乙醇和去离子水清洗，真空冷冻干燥后得到复合磷酸锆石墨烯负载CuO/聚吡咯复合材料。

特别的，步骤(1)中所述超声处理的条件为：超声功率600-1000W，超声时间1-2h。

特别的，步骤(1)中所述石墨分散液浓度为1-3mg/ml。