[发明专利]锂电池用泡沫铜负载四氧化三钴一体化电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种氧化钴的一体化电极及其制备方法。

背景技术

当前，由于矿石燃料日益枯竭，能源危机越发严重，同时环境恶化加剧，绿色及可再生能源成为各个国家争相追求的目标。为了充分利用可再生能源，廉价稳定的电能存储系统将是关键。锂离子电池有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等优点，具有最好的综合性能，被认为是解决能源危机和环境污染问题的关键技术之一，已广泛应用于便携式电子设备(如手机、数码照相机、摄像机、笔记本电脑等)和电动工具等领域，并且逐步向电动自行车、电动汽车、新能源储能等领域拓展。

负极材料是锂离子电池的重要组成部分，也是决定锂离子电池综合性能优劣的关键因素之一。目前广泛应用的商业化石墨类碳负极材料具有良好的循环性能，但其存在主要问题是：比容量(300～350mA·h/g)较低、首次不可逆损失大、倍率性能差等，随着电子设备向着小型化、轻型化、多功能化的发展，现在的负极材料已不能满足更高能量,更长循环寿命的需求，为此新型的高容量锂离子蓄电池贮锂负极材料成为研究的热点。

与商业化的碳材料石墨相比，过渡金属氧化物氧化钴(CoO)具有较高理论比容量(794mAh/g)。但是同其他负极氧化物材料一样，Co₃O₄也存在氧化物电导率低和充放电过程中体积效应较大的问题。人们通过设计特殊结构的纳米复合材料来改善这类问题，纳米结构的材料具有较大的比表面积和广泛的孔径分布将极大程度缓冲充放电过程中的体积形变，从而实现其优异的电化学性能。

如中国专利申请第201010202265.1号揭示的一种锂电池用四氧化三钴的制备方法及其制备的产品，包括：将稳定剂和重量百分比浓度为20～70％的钴盐水溶液混合，得到溶液A，将沉淀剂加入溶液A中进行沉淀，沉淀经纯化、氧化制得四氧化三钴。其中，稳定剂为草酸和磺基水杨酸中的至少一种。然而，该方法制备的四氧化三钴仍未从实质上改善氧化物电导率低和充放电过程中体积效应较大的问题。

又如中国专利申请第201410132597.5号揭示的一种石墨片/自组装纳米四氧化三钴锂离子负极材料、制备方法及应用其的锂电池，其中方法实施例如下：按0.5-5g/L配比称取膨胀石墨和DMF，经超声得到石墨片溶液；加入适量去离子水；称取相对于溶剂DMF的浓度为10-60g/L的四水合醋酸钴溶于溶剂；搅拌溶解后将以上溶液放入水热罐保温；冷却到室温以后，用离心机将黑色沉积物用酒精溶液清洗后烘烤到样品干燥。本发明实施例的方法制备的复合材料中的Co₃O₄纳米颗粒为结晶好的立方颗粒，大小均匀，边长约为4nm左右，相互之间的空隙在1-10nm，均匀分布在石墨片的两个表面。然而，该方法制备的石墨片/自组装纳米四氧化三钴锂离子负极材料成本较高，制备过程复杂难以保证制得的产品质量。

因此，提供一种既能够充分提高比容量和循环性能又能够改善氧化钴充放电过程中的体积形变问题的纳米材料，同时提供一种简化工艺流程、降低组装成本的制备方法，成为非石墨负极材料型锂电池实现产业化应用的突破点。

发明内容

本发明的目的是提供一种负极比容量大、首次不可逆损失小、倍率性能好的锂电池用泡沫铜负载四氧化三钴一体化电极。

根据本发明的一个方面，提供一种锂电池用泡沫铜负载四氧化三钴一体化电极，锂电池用泡沫铜负载四氧化三钴一体化电极包括集流体以及活性负极材料，集流体为泡沫铜基体，活性负极材料为四氧化三钴，四氧化三钴颗粒散布附着于泡沫铜基体中。

优选地，活性负极材料为海胆状的四氧化三钴纳米颗粒。

优选地，四氧化三钴纳米颗粒的直径设定为50～200纳米。