一种锂离子电池用三维铜纳米线阵列集流体及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种锂离子电池用三维铜纳米线阵列集流体及其制备方法。它由生长在铜表面的铜纳米线阵列组成，制备方法为：1）以紫铜为阳极，氢氧化钠或氢氧化钾溶液为电解液，不锈钢为阴极，饱和氯化亚汞电极为参比电极，先在电解槽内通入惰性气体去除氧气,然后控制电流密度，阳极电氧化，在紫铜表面生成Cu(OH)2薄膜，得Cu(OH)2纳米线阵列；2）将Cu(OH)2纳米线阵列置于氢气氛中，在反应器中热还原后，再自然冷却到室温，即可得到三维铜纳米线阵集流体。本发明制备的产品具有良好的导电性，超高的比表面积，其制备反应温度低，无模板，程序简单，三维Cu纳米线阵列的形貌结构可控，具有良好的均一性。
【专利说明】一种锂离子电池用三维铜纳米线阵列集流体及其制备方法
[0001](一)【技术领域】
本发明涉及一种锂离子电池用三维铜纳米线阵列集流体及其制备方法。
[0002](二)【背景技术】
近年来，锂离子电池已在移动电子设备，电动汽车，备用储能，智能电网等领域逐渐应用，但是，仍然难以满足电动工具，电动汽车(EVs)，混合电动车(PHEVs)对电池的功率密度，能量密度的要求。传统锂离子电池电极的设计是将阴极、阳极活性材料与导电剂(碳)、粘结剂等按比例混合，分别喷涂在铝箔、铜箔集流体上。这种设计的结果是:活性材料没有与集流体直接相连，电子传输能力差，容易脱落损失，且容量发挥受到限制。因此，除了寻找新的电极材料之外，创新设计集流体，以提高阴极、阳极活性材料的功率密度，能量密度，也是一种改善锂离子电池性能的有效途径。纳米阵列集流体基底的设计是将导电性良好的纳米线、纳米棒、纳米管等阵列(铝、铜、镍、硅等)直接粘结在铝箔、铜箔上用作负载阴极、阳极活性材料的集流体。这种纳米阵列集流体具有良好的导电性，超高的比表面积，有利于增大电极/电解液的接触面积，缩短锂离子的扩散路径，缓解充放电时电极材料的体积变化与应力作用。目前，已有制备微/纳米阵列集流体(Nat.Mater.2006, 5，567 ；Electrochem.Commun.2008, 10, 1467 ；Adv.Mater.2010, 22, 4978)的报道，但是，存在铜箔集流体与活性材料粘结性差，容易脱落，导致电化学循环性能差的问题，同时存在制备程序复杂，需要模板，难以商业化等问题。
[0003](三)
【发明内容】
本发明为了弥补现有技术的缺陷，提供了一种粘结性好、不容易脱落、电化学循环性能优异的锂离子电池用三维铜纳米线阵列集流体，同时提供了它的制备方法。
[0004]本发明是通过如下技术方案实现的:
一种锂离子电池用三维铜纳米线阵列集流体，其特征是:其由直接生长在铜表面的铜纳米线阵列组成。
[0005]一种制备上述的锂离子电池用三维铜纳米线阵列集流体的方法，其特征是，步骤如下:
1)以紫铜为阳极，氢氧化钠(NaOH)溶液或氢氧化钾(KOH)溶液为电解液,不锈钢为阴极，饱和氯化亚汞电极为参比电极，在5?60°C范围内先在电解槽内通入惰性气体去除氧气(02)，然后控制电流密度为0.5?5 mA/cm2，阳极电氧化4?30 min，在紫铜表面生成蓝色的Cu (OH)2薄膜，用蒸馏水清洗并晾干，得Cu (OH)2纳米线阵列；
2)将Cu(OH) 2纳米线阵列置于氢气氛中，在160?200°C的反应器中，热还原10?20h，再自然冷却到室温，即可得到锂离子电池用三维铜纳米线阵集流体。
[0006]先将紫铜放入0.1?2mol/L的盐酸中浸泡3?5min,然后用蒸懼水清洗,再用乙醇清洗，干燥后备用。
[0007]所述氢氧化钠(NaOH)溶液或氢氧化钾(KOH)溶液的浓度为0.1?4mol/L。
[0008]所述的惰性气体为高纯N2或Ar2。
[0009]所述的氢气由氢气发生器产生。[0010]制备Cu(OH)2纳米线阵列的制备时，阴阳极发生的电极反应如下:
阳极:
【权利要求】
1.一种锂离子电池用三维铜纳米线阵列集流体，其特征是:其由直接生长在铜表面的铜纳米线阵列组成。
2.一种制备权利要求1所述的锂离子电池用三维铜纳米线阵列集流体的方法，其特征是，步骤如下: O以紫铜为阳极，氢氧化钠(NaOH)溶液或氢氧化钾(KOH)溶液为电解液,不锈钢为阴极，饱和氯化亚汞电极为参比电极，在5?60°C范围内先在电解槽内通入惰性气体去除氧气(02)，然后控制电流密度为0.5?5 mA/cm2，阳极电氧化4?30 min，在紫铜表面生成蓝色的Cu (OH)2薄膜，用蒸馏水清洗并晾干，得Cu (OH)2纳米线阵列； 2)将Cu (OH) 2纳米线阵列置于氢气氛中，在160?200°C的反应器中，热还原10?20h，再自然冷却到室温，即可得到三维铜纳米线阵集流体。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池用三维铜纳米线阵列集流体的制备方法，其特征是，先将紫铜放入0.1?2mol/L的盐酸中浸泡3?5min，然后用蒸馏水清洗，再用乙醇清洗，干燥后备用。
4.根据权利要求2或3所述的锂离子电池用三维铜纳米线阵列集流体的制备方法，其特征是，所述氢氧化钠(NaOH)溶液或氢氧化钾(KOH)溶液的浓度为0.1?4mol/L。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池用三维铜纳米线阵列集流体的制备方法，其特征是，所述的惰性气体为高纯N2或Ar2。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池用三维铜纳米线阵列集流体的制备方法，其特征是，所述的氢气由氢气发生器产生。
【文档编号】B82Y40/00GK103531817SQ201310488208
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月17日 优先权日:2013年10月17日
【发明者】陈欣, 王瑛, 赵成龙, 宋春华 申请人:山东玉皇化工有限公司