一种用于锂电池阳极的复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种锂电池领域，尤其涉及一种锂电池阳极的复合材料及其制备方法。

背景技术：

锂离子电池见证了现代蓬勃发展的电子技术，成为现代无处不在的便携式电子设备必不可少的部分。然而，随着越来越多具有高能量和大功率的先进设备的需求、尤其是混合动力电动汽车的发展，商业化锂离子电池的性能已经难以达到其所需的性能。其中重要的一个原因是因为锂离子电池目前的阳极主要材料是石墨，其理论容量只有372mah/g，其储锂容量还不够高，还不能满足未来的锂离子电池必须向高容量方向发展的需求；而且在电池工作期间，锂枝晶很可能在石墨表面形成，容易诱导安全问题。因此，广泛的研究一直致力于寻求有效的方法来实现更好的阳极材料。

与石墨相比，过渡金属氧化物是具有高容量和相对高的工作电压与石墨相比，另外也能够避免使用石墨产生的锂枝晶的形成问题。然而，在锂的嵌、脱循环过程中，过渡金属氧化物阳极材料存在严重的体积膨胀和收缩，造成材料结构的破坏和机械粉化，从而导致电极循环性能的衰退。如果解决这个问题并提高锂电池的容量是锂电中重要的研究课题。

技术实现要素：

本发明针对锂离子电池发展的实际需求和现有技术存在的问题，拟提供一种用作锂电池阳极的复合材料及其制备方法。

本发明提供了一种用于锂电池阳极的复合材料及其制备方法，由氧化铜、w2o3和c三者复合形成，氧化铜呈三维叶片状均匀地排列在多孔铜基体表面，氧化铜纳米叶片的片厚度约20-35nm，w2o3和c包覆在氧化铜的表面，在氧化铜纳米叶片的三维架构基础上，形成立体的网状纳米结构。

本发明还提供了制备上述用作锂电池阳极的复合材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)将多孔铜浸泡在1m的koh溶液中，然后置于烘箱中160℃烘烤3-5小时，之后取出进行去离子水的反复清洗，然后将该多孔铜浸入1m的稀盐酸溶液10-20分钟，之后取出该多孔铜，并置于炉管，在大气环境下，450-550℃退火30分钟-1小时后，自然冷却，此时得到表面生长氧化铜的多孔铜；

(2)将0.4g-0.5g的w(no3)3及0.2g的葡萄糖混合并溶于40ml的去离子水中形成水溶液，将步骤1)制得的表面生长氧化铜的多孔铜置于该水溶液，并置于高压釜中，加热至200-250℃并保温3-5小时，之后取出，用去离子水和乙醇反复清洗后，置于烘箱中70-80℃干燥12-20小时，之后置于炉管中，通入携带少量氢气的氮气，600℃-700℃退火1-2小时后，自然冷却至室温。

进一步地，步骤2)中退火工艺过程时氨气纯度为99.9％，流量100sccm。

本发明的有益效果在于：氧化铜纳米叶片搭建的三维架构，为最后形成网状纳米结构的复合材料提供了一个支架，最后形成的立体的网状结构非常有利于缓解和吸收氧化钼在循环过程中体积变化带来的内部张力，从而提升的电极循环性能。另外，以多孔铜为基体，使得在后续的锂电池制备过程中，直接以该基体为集流体，省却了集流体制作的步骤。

附图说明

图1为实施例1步骤1)中多孔铜表面生长的氧化铜的sem图。

图2为实施例1最后制备得到的复合材料的sem图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例进一步说明本发明。

实施例1

(1)将多孔铜浸泡在1m的koh溶液中，然后置于烘箱中160℃烘烤3小时，之后取出进行去离子水的反复清洗，然后将该多孔铜浸入1m的稀盐酸溶液15分钟，之后取出该多孔铜，并置于炉管，在大气环境下，500℃退火45分钟后，自然冷却，此时得到表面生长氧化铜的多孔铜；

(2)将0.4g的w(no3)3及0.2g的葡萄糖混合并溶于40ml的去离子水中形成水溶液，将步骤1)制得的表面生长氧化铜的多孔铜置于该水溶液，并置于高压釜中，加热至250℃并保温3小时，之后取出，用去离子水和乙醇反复清洗后，置于烘箱中80℃干燥12小时，之后置于炉管中，通入携带少量氢气的氮气，700℃退火1小时后，自然冷却至室温，其中氨气纯度为99.9％，流量100sccm。

实施例2

(1)将多孔铜浸泡在1m的koh溶液中，然后置于烘箱中160℃烘烤5小时，之后取出进行去离子水的反复清洗，然后将该多孔铜浸入1m的稀盐酸溶液10分钟，之后取出该多孔铜，并置于炉管，在大气环境下，550℃退火30分钟后，自然冷却，此时得到表面生长氧化铜的多孔铜；

(2)将0.6g的w(no3)3及0.2g的葡萄糖混合并溶于40ml的去离子水中形成水溶液，将步骤1)制得的表面生长氧化铜的多孔铜置于该水溶液，并置于高压釜中，加热至200℃并保温5小时，之后取出，用去离子水和乙醇反复清洗后，置于烘箱中70℃干燥20小时，之后置于炉管中，通入携带少量氢气的氮气，600℃退火2小时后，自然冷却至室温，其中氨气纯度为99.9％，流量100sccm。

实施例3

(1)将多孔铜浸泡在1m的koh溶液中，然后置于烘箱中160℃烘烤4小时，之后取出进行去离子水的反复清洗，然后将该多孔铜浸入1m的稀盐酸溶液20分钟，之后取出该多孔铜，并置于炉管，在大气环境下，450℃退火1小时后，自然冷却，此时得到表面生长氧化铜的多孔铜；

(2)将0.45g的w(no3)3及0.2g的葡萄糖混合并溶于40ml的去离子水中形成水溶液，将步骤1)制得的表面生长氧化铜的多孔铜置于该水溶液，并置于高压釜中，加热至200℃并保温4小时，之后取出，用去离子水和乙醇反复清洗后，置于烘箱中80℃干燥17小时，之后置于炉管中，通入携带少量氢气的氮气，700℃退火1.5小时后，自然冷却至室温，其中氨气纯度为99.9％，流量100sccm。

通过扫描电镜(sem)对上面各实施例制得的复合材料进行观察，如图1为实施例1步骤1)中多孔铜表面生长的氧化铜的sem图，从图中可以看到，氧化铜呈三维叶片状均匀地排列在多孔铜基体表面，氧化铜纳米叶片的片厚度约20-35nm，纳米级的厚度可以缩短锂电池工作时锂离子的扩散途径。另外，氧化铜的三维的纳米结构，为后续w2o3和c在其表面的形成提供架构，图2为实施例1最后获得复合材料的sem图，从图中可以看到，w2o3和c包覆在氧化铜的表面，在氧化铜纳米叶片搭建的三维架构基础上，形成了一个立体的网状纳米结构。立体的网状结构非常有利于缓解和吸收氧化钼在循环过程中体积变化带来的内部张力，从而提升的电极循环性能。

将各实施例制得的复合材料压片为锂电池阳极材料，以金属锂为对电极制得纽扣电池，进行充放电和循环测试，在300ma/g的电流密度下的充放电曲线。由于本发明以多孔铜为基体，使得在后续的锂电池制备过程中，直接以该基体为集流体，省却了集流体制作的步骤。

测试结果显示电池能量密度在650-800mah/g。电池容量衰减到额定容量的80％时，所经历的电池循环次数达到1500次；如下表一为各实施例电学性能测试的具体数据。

显然，以上所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

表一各实施例电学性能测试数据