本申请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，属于电池材料领域。
背景技术：
铜铝箔导电性好，质地软，价格便宜。我们都知道，锂电池工作原理是将化学能转化为电能的一种电化学装置，那么在这个过程中，我们需要一种介质把化学能转化的电能传递出来，这里就需要导电的材料。而在普通材料中，金属材料是导电性最好的材料而在金属材料里价格便宜导电性又好的就是铜箔和铝箔。同时，在锂电池中，我们主要有卷绕和叠片两种加工方式。相对于卷绕来说，需要用于制备电池的极片具有一定的柔软性，才能保证极片在卷绕时不发生脆断等问题，而的金属材料中，铜铝箔也是质地较软的金属。最后就是考虑电池制备成本，相对来说，铜铝箔价格相对便宜，世界上铜和铝元素资源丰富。
对于锂离子电池来说，通常使用的正极集流体是铝箔，负极集流体是铜箔，为了保证集流体在电池内部稳定性，二者纯度都要求在98％以上。随着锂电技术的不断发展，无论是用于数码产品的锂电池还是电动汽车的电池，我们都希望电池的能量密度尽量高，电池的重量越来越轻，而在集流体这块最主要就是降低集流体的厚度和重量，从直观上来减少电池的体积和重量。
技术实现要素：
根据本申请的一个方面，提供了一种锂离子电池用三维铜纳米线阵列集流体，锂离子电池用三维铜纳米线阵列集流体的表面积大，制备的锂离子电池的电池的重量轻，性能良好，循环次数多，使用寿命长。
该锂离子电池用三维铜纳米线阵列集流体，其特征在于，所述纳米线分布在铜箔表面，所述纳米线的直径为1-5nm，纳米线的长度为5-15nm。
优选地，所述纳米线均匀分布在铜箔表面，所述纳米线的直径为2-54nm，纳米线的长度为7-12nm。
根据本申请的一个方面，提供了一种上述三维铜纳米线阵列集流体的方法，该方法制备简单，环保节能。
该制备权利要求1所述的三维铜纳米线阵列集流体的方法，其特征在于，包括下述步骤：
1)电解液为除氧的碱液，控制电解液的温度为15-55℃，以铜为阳极；
2)控制第一阶段电流密度为1.0～2.0ma/cm2，时间为2～10min；
3)控制第二阶段电流密度为2.0～4.5ma/cm2，时间为5～25min；
4)在铜表面生成蓝色的薄膜，用蒸馏水清洗并晾干，热还原后，得到三维铜纳米线阵列集流体。
优选地，所述电解液的温度为20-50℃。
优选地，所述第一阶段电流密度为1.2～1.8ma/cm2。
优选地，所述第一阶段电流时间为4～8min。
优选地，所述第二阶段电流密度为2.2～4.3ma/cm2。
优选地，所述第二阶段电流时间为7～23min。
优选地，所述热还原步骤为在170～195℃的温度下热还原12～18h。
优选地，所述阳极铜的预处理步骤为放入0.5～1.8mol/l的盐酸中浸泡3～5min，清洗，干燥后备用。
优选地，上述三维铜纳米线阵列集流体的方法包括下述步骤：
1)以紫铜为阳极，氢氧化钠溶液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，在5～60℃范围内先在电解槽内通入惰性气体去除氧气，然后控制电流密度为0.5～5ma/cm2，阳极电氧化4～30min，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℃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。
优选地，上述三维铜纳米线阵列集流体的方法还包括：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；
所述氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液的浓度为0.1～4mol/l。
本申请能产生的有益效果包括：
1)本申请所提供的锂离子电池用三维铜纳米线阵列集流体，锂离子电池用三维铜纳米线阵列集流体的表面积大，制备的锂离子电池的重量轻，性能良好，循环次数多，使用寿命长。
2)本申请所提供的锂离子电池用三维铜纳米线阵列集流体的制备方法，具有简单，超高的比表面积，铜纳米线的结构均匀性好，重复性好。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
如无特别说明，本申请的实施例中的原料和催化剂均通过商业途径购买。
实施例1铜纳线集流体的制备
1)将2.0×2.0cm的铜片用1.2m的盐酸溶液浸泡5min去除铜表面的氧化物，然后分别用蒸馏水和乙醇清洗，干燥后备用；
2)阳极为铜片，阴极为不锈钢片，参比电极为饱和氯化亚汞电极，参比电极电解液为浓度为2m的naoh溶液；
3)在25℃下，电解液经过除氧后，然后控制第一阶段恒定的电流密度1.5ma/cm2，时间为6min；控制第二阶段电流密度为3.5ma/cm2，时间为15min；
4)在铜片表面生成蓝色的cu(oh)2薄膜，用蒸馏水清洗，烘干备用；
5)将表面生成蓝色cu(oh)2薄膜的铜片放入管式密封炉内，通入h2，升温速率2.5℃/min，在178℃热还原15h，再自然冷却到室温，即得到三维铜纳米线阵列集流体。
所得样品进行扫面电镜表征，电镜图中显示，均一的纳米线生长在铜片基底上，得到锂离子电池用铜纳线集流体。
实施例2三维铜纳线阵列集流体的电化学性能表征测试
将实施例1制备的锂离子电池用铜纳线集流体用于负载锂离子电池阳极材料，即在集流体表面电沉积一层金属锡(sn)薄膜。电沉积条件：镀液为0.05msnso4和1.5mh2so4的混合溶液，恒定电势-1.0v(饱和氯化亚汞电极为参比电极)，沉积时间30s。
与之对比，在光亮的铜片表面直接电沉积一层sn薄膜。电沉积条件：镀液为0.05msnso4和1.5mh2so4的混合溶液，恒定电势-1.0v(饱和氯化亚汞电极为参比电极)，沉积时间120s。
将电沉积有sn薄膜的铜片剪成直径约为14mm的小圆片，直接用作锂离子电池的正极，金属锂片用作负极，电解液由lipf6、碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯组成(电解液中lipf6浓度为1m，碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯的体积比为1∶1)，隔膜为celgard2400微孔聚丙烯膜，在充满氩气的手套箱中装配成2025型扣式电池。
对2025型扣式电池进行充放电测试，锂离子电池用三维铜纳米线阵列集流体基sn薄膜的放电循环曲线图，1c＝994ma/g，电压窗口为2.0-0.02v，首次放电容量为1558.4mah/g，循环50次后容量为882.4mah/g，容量保持率为56.6％；
光亮的铜片基sn薄膜的放电循环曲，首次放电容量为1290.7mah/g，循环30次后容量为211.9mah/g，容量保持率为21.3％。显然，锂离子电池用铜纳米线阵列集流体用于负载锂离子电池负极材料sn薄膜具有更好的充放电循环性能。
实施例3三维铜纳米线阵列集流体的制备
1)将1.5×1.5cm的紫铜带先用0.1m的盐酸溶液浸泡3分钟去除铜表面的氧化物，然后用蒸馏水清洗5次，再用乙醇清洗3次，干燥后备用；配置浓度为2m的koh溶液或naoh溶液备用。
2)以紫铜带为阳极，304不锈钢片为阴极，饱和氯化亚汞电极为参比电极，阳极与阴极间距约3cm，2m的koh溶液或naoh溶液为电解液，在25℃下，先在电解槽内通入惰性气体(高纯n2或ar2等)约30min除o2，然后控制恒定的电流密度2.5ma/cm2，阳极电氧化时间12min，在紫铜带表面生成蓝色的cu(oh)2薄膜，用蒸馏水清洗3次，烘干备用。
3、将表面生成蓝色cu(oh)2薄膜的紫铜带放入反应器——管式密封炉内，通入由氢气发生器产生的h2，升温速率3℃/min，在180℃热还原20h，再自然冷却到室温，紫铜带表面蓝色的薄膜转变成深红色的cu纳米线阵列。所得样品进行扫面电镜(sem)表征，均一的纳米线阵列生长在紫铜带铜基底上，得到锂离子电池用三维铜纳米线阵列集流体。
实施例4三维铜纳米线阵列集流体的电化学性能表征测试
将实施例2锂离子电池用三维铜纳米线阵列集流体用于负载锂离子电池阳极材料，即在集流体表面电沉积一层金属锡(sn)薄膜。电沉积条件：镀液为0.05msnso4和1.5mh2so4的混合溶液，恒定电势-1.0v(饱和氯化亚汞电极为参比电极)，沉积时间30s。
与之对比，在光亮的紫铜带表面直接电沉积一层sn薄膜(。电沉积条件：镀液为0.05msnso4和1.5mh2so4的混合溶液，恒定电势-1.0v(饱和氯化亚汞电极为参比电极)，沉积时间120s。
将电沉积有sn薄膜的紫铜带剪成直径约为14mm的小圆片，直接用作锂离子电池的正极，金属锂片用作负极，电解液由lipf6、碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯组成(电解液中lipf6浓度为1m，碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯的体积比为1∶1)，隔膜为celgard2400微孔聚丙烯膜，在充满氩气的手套箱中装配成2025型扣式电池。
对2025型扣式电池进行充放电测试，锂离子电池用三维铜纳米线阵列集流体基sn薄膜的放电循环曲线图(1c＝994ma/g，电压窗口为2.0-0.02v)，首次放电容量为1337.2mah/g，循环30次后容量为441.2mah/g，容量保持率为40.4％；光亮的紫铜带基sn薄膜的放电循环曲线，首次放电容量为1290.7mah/g，循环30次后容量为211.9mah/g，容量保持率为21.3％。显然，锂离子电池用三维铜纳米线阵列集流体用于负载锂离子电池负极材料sn薄膜具有更好的充放电循环性能。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。