[发明专利]一种纳米氧化铜的制备方法及其在锂电池中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，特别涉及一种纳米氧化铜的制备方法。 

背景技术

过渡金属氧化物CuO是一种p型半导体，具有低毒性、价格低和容易获得的特点，氧化铜纳米材料具有显著的量子限域效应和尖端纳米效应，目前已被应用于场效应晶体管，光伏电池，场发射纳米器件和化学气体传感器等。同时其在锂离子电池领域也显示出巨大的应用前景。 

纳米氧化铜作为锂离子电池负极时其理论比容量可达674mAh/g，但由于其导电性很差以及充放电循环过程中会发生体积变化，因此会导致容量的衰减。为了解决这些问题，研究者们通常采用纳米化和材料复合的手段来改变CuO负极材料的微观结构，以提高其处理容量和循环性能。Sun等通过将CuO纳米带直接沉积在铜集流体上得到氧化铜纳米带负极，在175mA/g的电流密度下，经过275次循环后保持了608mAh/g的放电比容量，其制备过程需要将几种原料按照一定比例混合后在86℃的水浴中进行反应[Ke F,Huang L,Wei G,et al.One-step fabrication of CuO nanoribbons array electrode and its excellent lithium storage performance.Electrochimica Acta,2009,54:5825-5829]。Gao等利用湿法合成了多晶和单晶两种氧化铜纳米线，并将其用于锂离子电池负极。在第二次循环中放电比容量多晶纳米线为766mAh/g，单晶的为416mAh/g，在一百次循环之后，其放电比容量分别为550mAh/g和470mAh/g，多晶纳米线的容量相对较高，而单晶氧化铜纳米线的循环稳定性好于多晶氧化铜纳米线[Gao X P,Bao J L,Pan G L,et al.Preparation and electrochemical performance of polycrystalline and single crystalline CuO nanorods as anode materials for Li ion battery[J].The Journal of Physical Chemistry B,2004,108:5547-5551.]。 

尽管目前CuO的纳米结构和复合材料都在某种程度上提高了其储锂容量和循环性能，但是这些材料的制备过程都相对复杂，比如前述的Sun等人所制备的纳米带过程需要严格控制溶液中各种原料的配比和浓度，以及反应体系的温度等反应条件参数；又或者原材料价格较高，这些都不利于纳米氧化铜材料在锂离子电池中的应用。 

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种纳米氧化铜的制备方法，包括： 

1、一种纳米氧化铜的制备方法，包括下述步骤： 

步骤一：将铜基粉末分散在络合剂溶液中反应12h～72h后得到氢氧化铜纳米带； 

步骤二：将步骤一所得氢氧化铜纳米带进行后处理，得到氧化铜纳米结构。 

本发明进一步的优选方案是：所述铜基粉末选自微米级氧化亚铜粉末、微米级铜粉和纳米级铜粉中的一种。 

本发明进一步的优选方案是：所述络合剂选自氨水、氨基钠水溶液或尿素水溶液、四甲基氢氧化铵水溶液中的一种或多种。 

本发明进一步的优选方案是：所述络合剂溶液的浓度为0.1mol/L～10mol/L。 

本发明进一步的优选方案是：所述络合剂溶液中还包含过氧化氢。 

本发明进一步的优选方案是：所述步骤二中的后处理选自下述方式中的一种： 

(i)在氢氧化钾水溶液中处理； 

(ii)水热反应； 

(iii)将步骤一所得的氢氧化铜纳米带在200℃下煅烧,所得的产物氧化铜纳米结构为带状结构。 

本发明还提供了所述纳米氧化铜制备的锂离子电池负极材料 

与现有技术相比，本发明提供了一种纳米氧化铜的制备方法及其在锂离子电池负极材料中的应用。本发明通过将铜基粉末分散在络合剂溶液中进行处理，首先形成一价铜氨络合物，一价铜氨络合物在空气中迅速被氧化为二价铜氨络合物，然后这种络合物在碱液中转化为氢氧化铜，将氢氧化铜进一步处理即得纳米结构的氧化铜，所得产物的直径为5nm～20nm，厚度分布在10nm～30nm之间。本发明使用的微米级氧化亚铜粉末优选尺寸为1μm～1000μm，微米级铜粉的优选尺寸为1μm～1000μm，纳米级铜粉优选的尺寸为10nm～1000nm。