[发明专利]基于铜锡合金的三维氧化亚铜-纳米多孔铜锂离子电池负极的一步制备法

说明书

本发明提供了基于铜锡合金的三维氧化亚铜‑纳米多孔铜锂离子电池负极的一步制备法，将铜锡合金片打磨抛光，用水洗涤后置于氢氟酸与硝酸的混合溶液中进行去合金化处理，在去合金化的过程中形成纳米多孔铜并在纳米多孔铜表面原位生长出覆盖纳米多孔铜的氧化亚铜纳米薄膜，控制去合金化温度为50～90℃，待铜锡合金中的锡完全去除后即完成去合金化处理，然后用水和乙醇洗涤，即得三维氧化亚铜‑纳米多孔铜锂离子电池负极。本发明的方法能简化锂离子电池负极的生产工艺和有效提高锂离子电池负极的循环性能和倍率性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极领域，涉及一种基于铜锡合金的三维氧化亚铜-纳米多孔铜锂离子电池负极的一步制备法。

背景技术

锂离子电池具有开路电压高，寿命长，能量密度高，无记忆效应和环境友好等优点，广泛运用于便携式移动通讯设备、笔记本电脑以及电力存储设备等。虽然传统负极材料石墨已经得到了广泛的应用，但因为其较低的比容量大大限制了锂离子电池在电动汽车，混合动力汽车领域的应用。提高锂离子电池性能的关键之一是寻找合适的负极材料，使锂离子电池可以满足不断增加的储能需求。

过渡金属氧化物(如Fe,Co,Ni,Cu基氧化物)因其较高的理论比容量，环境友好，价格低廉等原因，受到了科研工作者的广泛关注，在下一代锂离子电池负极材料方面展现出巨大的潜力。然而，一直横亘在实际应用过渡金属氧化物作为锂离子电池负极材料面前的巨大问题依然没有解决。例如，在充放电过程中产生的巨大体积膨胀，将导致活性物质从集流体上脱落，容量急剧衰减。过渡金属氧化物一般为半导体，其导电率较低，这将造成充放电过程活性材料反应不充分，充放电容量减少。

为了解决过渡金属氧化物存在的问题，目前主要采取三种方法：纳米化、薄膜化以及表面涂覆。纳米化是通过减小负极材料的尺寸，以减小在充放电过程中的体积膨胀，同时减小锂离子的扩散距离，增大电极材料的比表面积，从而提高循环稳定性与容量保持率。薄膜化是利用薄膜材料具有较高的机械强度，使活性材料附着在集流体表面，改善材料的循环性能。表面涂覆是通过在过渡金属氧化物表面涂覆一层导电物质(如C、ppy等)，提高其导电率，从而提高其比容量与倍率性能。尽管上述三种方法可以在一定程度上解决过渡金属氧化物存在的一些问题，然而距离实际的应用还有很长的路要走。

Dequan Liu等公开了以泡沫镍为集流体的纳米多孔铜/氧化亚铜膜型锂离子电池负极的制备方法(见Nanoscale,2013,5,1917-1921.)，该方法将Cu₅₀Al₅₀合金置于60℃的氢氧化钠溶液中浸泡制备纳米多孔铜，将纳米多孔铜制成粉状并与聚偏二氟乙烯按照9:1的质量比在加入少量N-甲基吡咯烷酮的情况下混匀形成浆料，将所得浆料涂覆在泡沫镍集流体上并在真空条件下于120℃干燥10h，然后在空气中于140℃加热3min在纳米多孔铜的孔壁面上形成氧化亚铜膜，得到锂离子电池负极。该方法需要先制备纳米多孔铜，再配合粘结剂和溶剂调制浆料并涂覆在泡沫镍集流体上，干燥并加热氧化在纳米多孔铜的孔壁面形成氧化亚铜膜，操作步骤多，生产工艺繁琐，不利于生产成本的降低和实现规模化生产。同时，该方法先制得纳米多孔铜载体，通过粘结剂粘结在多孔镍上之后再二次处理获得氧化亚铜，粘结和二次处理容易使纳米多孔铜载体表面污染和吸附杂质原子，这会不但导致与氧化亚铜之间的结合力变差，而且会阻碍电子传输，电极极化和阻抗增加，倍率性能不佳。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于铜锡合金的三维氧化亚铜-纳米多孔铜锂离子电池负极的一步制备法，以简化锂离子电池负极的生产工艺和有效提高锂离子电池负极的循环性能和倍率性能。

本发明提供的基于铜锡合金的三维氧化亚铜-纳米多孔铜锂离子电池负极的一步制备法，操作如下：