一種納米氧化銅的制備方法及其在鋰電池中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋰離子電池負(fù)極材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種納米氧化銅的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]過(guò)渡金屬氧化物CuO是一種P型半導(dǎo)體，具有低毒性、價(jià)格低和容易獲得的特點(diǎn)，氧化銅納米材料具有顯著的量子限域效應(yīng)和尖端納米效應(yīng)，目前已被應(yīng)用于場(chǎng)效應(yīng)晶體管，光伏電池，場(chǎng)發(fā)射納米器件和化學(xué)氣體傳感器等。同時(shí)其在鋰離子電池領(lǐng)域也顯示出巨大的應(yīng)用前景。
[0003]納米氧化銅作為鋰離子電池負(fù)極時(shí)其理論比容量可達(dá)674mAh/g，但由于其導(dǎo)電性很差以及充放電循環(huán)過(guò)程中會(huì)發(fā)生體積變化，因此會(huì)導(dǎo)致容量的衰減。為了解決這些問(wèn)題，研究者們通常采用納米化和材料復(fù)合的手段來(lái)改變CuO負(fù)極材料的微觀結(jié)構(gòu)，以提高其處理容量和循環(huán)性能。Sun等通過(guò)將CuO納米帶直接沉積在銅集流體上得到氧化銅納米帶負(fù)極，在175mA/g的電流密度下，經(jīng)過(guò)275次循環(huán)后保持了 608mAh/g的放電比容量，其制備過(guò)程需要將幾種原料按照一定比例混合后在86°C的水浴中進(jìn)行反應(yīng)[Ke F, HuangLj Wei G，et al.0ne-step fabricat1n of CuO nanoribbons array electrode and itsexcellent lithium storage performance.Electrochimica Acta，2009，54:5825-5829]。Gao等利用濕法合成了多晶和單晶兩種氧化銅納米線，并將其用于鋰離子電池負(fù)極。在第二次循環(huán)中放電比容量多晶納米線為766mAh/g，單晶的為416mAh/g，在一百次循環(huán)之后，其放電比容量分別為550mAh/g和470mAh/g，多晶納米線的容量相對(duì)較高，而單晶氧化銅納米線的循環(huán)穩(wěn)定性好于多晶氧化銅納米線[Gao X P, Bao J L, Pan G L, et al.Preparat1nand electrochemical performance of polycrystalline and single crystallineCuO nanorods as anode materials for Li 1n battery[J].The Journal of PhysicalChemistry B，2004，108:5547-5551.]。
[0004]盡管目前CuO的納米結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料都在某種程度上提高了其儲(chǔ)鋰容量和循環(huán)性能，但是這些材料的制備過(guò)程都相對(duì)復(fù)雜，比如前述的Sun等人所制備的納米帶過(guò)程需要嚴(yán)格控制溶液中各種原料的配比和濃度，以及反應(yīng)體系的溫度等反應(yīng)條件參數(shù)；又或者原材料價(jià)格較高，這些都不利于納米氧化銅材料在鋰離子電池中的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種納米氧化銅的制備方法，包括:
[0006]1、一種納米氧化銅的制備方法，包括下述步驟:
[0007]步驟一:將銅基粉末分散在絡(luò)合劑溶液中反應(yīng)12h?72h后得到氫氧化銅納米帶;
[0008]步驟二:將步驟一所得氫氧化銅納米帶進(jìn)行后處理，得到氧化銅納米結(jié)構(gòu)。
[0009]本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選方案是:所述銅基粉末選自微米級(jí)氧化亞銅粉末、微米級(jí)銅粉和納米級(jí)銅粉中的一種。
[0010]本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選方案是:所述絡(luò)合劑選自氨水、氨基鈉水溶液或尿素水溶液、四甲基氫氧化銨水溶液中的一種或多種。
[0011]本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選方案是:所述絡(luò)合劑溶液的濃度為0.lmol/L?lOmol/L。
[0012]本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選方案是:所述絡(luò)合劑溶液中還包含過(guò)氧化氫。
[0013]本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選方案是:所述步驟二中的后處理選自下述方式中的一種:
[0014](i)在氫氧化鉀水溶液中處理；
[0015](ii)水熱反應(yīng)；
[0016](iii)將步驟一所得的氫氧化銅納米帶在200°C下煅燒，所得的產(chǎn)物氧化銅納米結(jié)構(gòu)為帶狀結(jié)構(gòu)。
[0017]本發(fā)明還提供了所述納米氧化銅制備的鋰離子電池負(fù)極材料
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種納米氧化銅的制備方法及其在鋰離子電池負(fù)極材料中的應(yīng)用。本發(fā)明通過(guò)將銅基粉末分散在絡(luò)合劑溶液中進(jìn)行處理，首先形成一價(jià)銅氨絡(luò)合物，一價(jià)銅氨絡(luò)合物在空氣中迅速被氧化為二價(jià)銅氨絡(luò)合物，然后這種絡(luò)合物在堿液中轉(zhuǎn)化為氫氧化銅，將氫氧化銅進(jìn)一步處理即得納米結(jié)構(gòu)的氧化銅，所得產(chǎn)物的直徑為5nm?20nm,厚度分布在1nm?30nm之間。本發(fā)明使用的微米級(jí)氧化亞銅粉末優(yōu)選尺寸為I μ m?1000 μ m,微米級(jí)銅粉的優(yōu)選尺寸為I μ m?1000 μ m,納米級(jí)銅粉優(yōu)選的尺寸為1nm ?lOOOnm。
[0019]所得的納米氧化銅具有很高的插鋰活性，應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極材料，不僅有利于縮短鋰離子在氧化銅電極和電解液之間的擴(kuò)散距離，還能有效避免金屬氧化物做電極材料時(shí)的體積變化現(xiàn)象。該電極材料在50mA/g的電流密度下，可逆放電比容量可高達(dá)824mAh/g ；電流密度從50mA/g增大到500mA/g時(shí)，容量保持率達(dá)到88.4%，即使在大電流下循環(huán)50次后仍然保持有430mAh/g的放電比容量。表現(xiàn)了良好的倍率性能和循環(huán)性能。
[0020]本發(fā)明具有反應(yīng)條件溫和、操作簡(jiǎn)單、制備成本低、產(chǎn)品性能優(yōu)異和易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，具有很大的實(shí)踐意義。
【附圖說(shuō)明】
[0021]附圖1為氫氧化銅納米帶的掃描電鏡圖；
[0022]附圖2為經(jīng)氫氧化鉀水溶液后處理所得的氧化銅納米結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖；
[0023]附圖3為經(jīng)水熱后處理所得的氧化銅納米結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖；
[0024]附圖4為經(jīng)煅燒后處理所得的氧化銅納米結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖；
[0025]附圖5為三種氧化銅納米結(jié)構(gòu)在電流密度為50mA/g下的放電比容量隨充放電次數(shù)變化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0026]為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的限制。
[0027]實(shí)施例1
[0028]稱取2g氧化亞銅粉末，分散于lOm