[发明专利]一种多孔亲锂铜箔集流体材料及其制备方法

说明书

一种多孔亲锂铜箔集流体材料及其制备方法，属于锂电池技术领域。所述多孔亲锂铜箔集流体材料具有双层结构，分别为外包覆层和内包覆层；所述外包覆层为氮掺杂的碳材料；所述内包覆层为氧化铜纳米片，所述氧化铜纳米片生长在铜箔集流体上。本发明利用铜箔作为导电集流体的基底，在含氧气氛中氧化，生长具有一定厚度的亲锂CuO纳米片，同时产生多孔形貌，增大了材料的比表面积，同时有利于金属锂的均匀沉积。进一步利用多巴胺自聚在多孔亲锂CuO纳米片铜箔集流体上，碳化后，聚多巴胺由非结晶碳变成结晶碳包覆在CuO纳米片上，显著增加了亲锂CuO纳米片的电导率及结构稳定性。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种多孔亲锂铜箔集流体材料及其制备方法。

背景技术

以碳基材料作为负极的锂二次电池已经得到了广泛的应用，从蓝牙电池、手机电池、平板电脑到动力汽车，无人机等等，碳基材料由于其成本低廉，性能稳定，来源广泛，无不在我们的生活中扮演着重要的角色。但是碳基材料固有的一些不足，如石墨类碳基材料理论容量较低，仅有372mAh/g，而且目前商业的碳基材料容量已经逐渐达到了天花板，要想进一步提高碳基材料的容量已经变得非常困难，这对于人们日益追求高能量密度的要求产生了较大的矛盾，发展高能量密度的负极材料已经迫在眉睫。

锂金属负极材料因其具有较高的理论容量(3860mAh·g^-1)和最负的电势(-3.040Vvs标准氢电极)而被称为二次锂电池的“圣杯”，受到了人们的广泛关注，但锂金属负极存在的缺点也是显而易见的。如金属锂负极在铜箔集流体表面容易生长出锂枝晶，并发生粉化，大大降低了电池的利用率，在循环过程中，枝晶刺穿隔膜造成安全隐患，缩短电池使用寿命。

发明内容

本发明的目的是为了解决锂金属在铜箔集流体沉积不均匀，容易形成锂枝晶进而导致在循环过程中，枝晶刺穿隔膜造成安全事故的问题，提供一种多孔亲锂铜箔集流体材料及其制备方法，该方法中，铜箔集流体基底在含氧气氛中退火，生长出具有多孔亲锂的CuO纳米片，然后将多巴胺自聚在制备的多孔亲锂CuO纳米片材料表面，进行高温退火，制备的集流体展现了良好的电化学性能。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种多孔亲锂铜箔集流体材料，所述多孔亲锂铜箔集流体材料具有双层结构，分别为外包覆层和内包覆层；所述外包覆层为氮掺杂的碳材料；所述内包覆层为氧化铜纳米片，所述氧化铜纳米片生长在铜箔集流体上。

一种上述多孔亲锂铜箔集流体材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：将铜箔集流体放在含氧气氛中进行退火烧结，控制退火温度和退火时间，在铜箔集流体表面生长得到多孔亲锂氧化铜纳米片；

步骤二：将表面生长有多孔亲锂氧化铜纳米片的铜箔集流体置于盐酸多巴胺-三羟甲基氨基甲烷溶液中，混合搅拌均匀，搅拌条件下多巴胺在表面生长有多孔亲锂氧化铜纳米片的铜箔集流体上发生自聚反应，烘干后置于管式炉惰性气氛下进行高温退火，得到多孔亲锂铜箔集流体材料。