[发明专利]一种碳复合Cu3P‑Cu锂离子电池负极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一类无粘结剂高性能锂离子电池电极，特别涉及一种碳复合Cu₃P-Cu的制备方法及其储锂特性，属于电化学电源领域。

技术背景：

锂离子电池具有工作电压高，比容量高，比功率大，充放电电位曲线平稳，循环寿命长，无记忆效应，自放电小，环境友好等优点，是继镍镉电池、镍氢电池之后的第三代小型蓄电池，因而广泛应用于笔记本电脑，手机等移动便携设备。此外，锂离子电池也被视为是未来电动交通工具的理想动力源。传统的锂离子电池电极制备方法通常是先将电极材料与粘结剂、导电剂按一定比例混合，然后搅拌得到均匀浆料，最后将浆料涂覆在铜箔或铝箔上烘干进行下一步的工艺操作。其中电极制备工艺比较复杂，此外所引入的粘结剂本身没有储锂性能，导电剂多为无定型碳材料，理论容量也较低，这将导致电极较大的容量损失。相比传统的粉体电极材料，直接在导电基体上沉积生长活性材料，不仅能简化电极制备工艺，还可以减小容量损失，增强活性材料在循环过程中的结构稳定性，从而提升其电化学性能。然而，直接将活性材料生长在导电基体上并不能有效解决电化学反应过程中电子在电极材料之间的传输问题，这对材料电化学性能亦有显著影响。通过将电极材料与碳复合能够有效增强材料的导电性，促进材料之间的电子传输过程。结合沉积生长与碳复合有望进一步提升材料的电化学性能，进一步研究有望获得高性能锂离子电池电极。

Cu₃P具有理想的的充、放电平台，较高的储锂容量和能量密度，在锂离子电池中有较大的应用价值。目前，关于Cu₃P负极材料的研究包括简单与碳复合，以及将Cu₃P生长在铜基体上，电化学性能相对于纯Cu₃P有显著改善，但仍不够理想。关于碳复合Cu₃P-Cu电极的制备及电化学性能研究尚未见报道。基于以上研究背景，本专利发明一种碳复合Cu₃P无粘结剂电极制备方法，以其作为锂离子电池负极显示了优异的电化学性能。

发明目的

本发明的目的在于提供一种具有优异电化学性能的无粘结剂碳复合Cu₃P-Cu锂离子电池负极。

本发明中无粘结剂电极结构为：Cu₃P/C-Cu。其中，碳复合Cu₃P原位生长在泡沫铜表面。

所述碳复合Cu₃P-Cu的制备方法如下：

（1）将泡沫铜表面用浓度为10~30%的盐酸清洗，用于去除表面的氧化物；

（2）将碳源前驱体溶于去离子水中形成质量浓度为2~3g/L的溶液，将步骤（1）中泡沫铜完全浸没于碳前驱体溶液中，得到吸附碳源前驱体的泡沫铜，所述的碳源前驱体为柠檬酸或葡萄糖或蔗糖；

（3）将步骤（2）中吸附碳源前驱体的泡沫铜放置于真空烘箱中，在50℃烘干，得到泡沫铜；将纯度大于98%的红磷平铺在陶瓷料舟中，平铺厚度为1.0~ 3.0mm，再将烘干后的泡沫铜至于红磷上方，泡沫铜周围设置有泡沫铜细屑（所述的红磷上方还可以设置有多块并列的泡沫铜，泡沫铜与泡沫铜之间采用泡沫铜细屑隔开。），在氮气保护下，以350℃烧结5h。

本发明所涉及的Cu₃P/C-Cu负极及制备方法具有以下几个显著的特点：

（1）合成方法简单新颖，易于操作，碳源为柠檬酸、葡萄糖、蔗糖等，导电基体为泡沫铜。

（2）Cu₃P/C-Cu中，Cu₃P/C原位生长在泡沫铜表面，与泡沫铜接触良好；

（3）所制备材料电化学性能优异，在锂离子电池中有潜在应用。

附图说明

图1实施例1所制备样品的XRD图谱。

图2实施例1所制备样品的SEM图。

图3实施例1所制备样品的Raman图。

图4实施例1所制备样品的循环性能图。

图5实施例2所制备样品的循环性能图。

图6实施例3所制备样品的循环性能图。

具体实施方式

实施例1

Cu₃P/C-Cu的制备方法具体步骤为：

（1）将泡沫铜（长沙力元新材料股份有限责任公司）表面用浓度为10~30%的盐酸清洗，用于去除表面的氧化物；

（2）将柠檬酸（国药集团）溶于去离子水中形成均匀的溶液，浓度为2g/L；将步骤（1）中泡沫铜完全浸没于溶液中；