[发明专利]一种锂离子电池片状CuO薄膜负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池片状CuO薄膜负极材料的制备方法，该方法包括：配制含0.01～2.0mol/L可溶性强氧化剂和0.01～1.0mol/L草酸根离子的混合水溶液；将混合水溶液与铜箔表面进行反应，得到改性铜箔；将改性铜箔烘干后，置于氮气氛围下进行煅烧，得到片状CuO薄膜负极材料。本发明通过强氧化剂将铜箔表面的Cu氧化为Cu²⁺，使Cu²⁺与草酸根离子在铜箔表面形成难溶性的CuC₂O₄沉淀；然后，放入氮气的氛围下煅烧，得到的材料可以降低充放过程中的接触内阻，提高电池的倍率性能；同时其片状结构在充放电过程中可以保持一定的稳定性，缓冲材料在结构上的应变，提高材料的循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料制备技术领域，尤其涉及一种锂离子电池片状CuO薄膜负极材料的制备方法。

背景技术

随着当今世界汽油汽车保有量的持续增加，对环境的污染也在逐渐加剧，为了可持续发展的战略，同时考虑到汽油、煤等燃料具有不可再生的性质，各国都在大力倡导新能源汽车，最核心关键的技术就是新能源汽车的“心脏”——锂离子电池。这也就成就了锂离子电池的飞速发展。

然而，随着新能源汽车的逐步推广和普及，消费者对于它的一些要求也越来越高，比如续航里程和快速充电等性能，然而人们最关心的还是它的续航里程问题。这就对锂离子电池的比容量提出了要求，需要更高比容量的电池应用到新能源汽车上。

目前，商业化的负极材料—石墨由于比容量低，很大程度上限制了锂离子电池比容量的提升。所以，提高负极材料的比容量和寻找石墨的替代材料显得尤为重要。

CuO作为负极材料具有高的比容量(670mAh·g^-1)、易制备、易储存、自然资源丰富和环境友好的特点，它作为石墨的替代材料被寄予厚望。

然而，CuO作为锂离子负极材料存在的问题主要有：(1)首次的不可逆容量高；(2)在充放电过程中产生较大的体积变化(174％)，导致CuO的粉化，使得CuO活性材料在集流体上脱落，最终导致电池的循环性能差；(3)由于CuO是P型半导体，电子电导率较低，因而其动力学性能不够好，直接影响锂离子电池的倍率性能和循环性能。

克服上述技术问题最行之有效的方法就是：将CuO材料直接生长在导电基底上，利用活性材料与基底自然形成的一体，确保活性材料和基底之间有着充分的接触面积，大大减小了接界电阻；直接生长在基底上的活性材料的形貌均匀，结构稳定，可以有较好的循环稳定性；同时可以省去配料、涂布和辊压等前工序，提高了制造效率，致使CuO薄膜负极材料呈现出优越的电化学性能并有潜在的应用前景。

发明内容

本发明提供了一种锂离子电池片状CuO薄膜负极材料的制备方法，该方法不仅制备工艺简单、易于操作，有利于推广使用，而且获得的片状CuO薄膜负极材料能够提高负极材料的循环性能和倍率性能。

具体技术方案如下：

一种锂离子电池片状CuO薄膜负极材料的制备方法，包括：

(1)配制含0.01～2.0mol/L可溶性强氧化剂和0.01～1.0mol/L草酸根离子的混合水溶液；

(2)将所述混合水溶液与铜箔表面进行反应，得到表面沉淀草酸铜的改性铜箔；

(3)将所述改性铜箔烘干后，置于氮气氛围下进行煅烧，得到片状CuO薄膜负极材料。

本发明采用的原理在于：可溶性强氧化剂将铜箔表面的Cu氧化为Cu²⁺，Cu²⁺可以与草酸根离子在铜箔的一面形成难溶性的CuC₂O₄沉淀；然后，将表面生成CuC₂O₄的铜箔放入氮气的氛围下煅烧，可以得到片状CuO薄膜负极材料。