[发明专利]一种氧化铜纳米线及其制备方法和应用

说明书

本发明属于锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种氧化铜纳米线及其制备方法和应用。本发明采用阳极氧化法制得氢氧化铜纳米线，然后退火处理得到氧化铜纳米线，方法简单易行，无需模板辅助纳米线成型生长，氧化铜纳米线直接生长在铜箔基底上，所制备的氧化铜纳米线的长度为8～15μm，直径为50～300nm，纳米线交错生长，分布均匀，完整覆盖铜箔表面，具有稳定均一的形貌尺寸。将所述氧化铜纳米线应用于锂离子电池时，衬底铜箔可作为锂离子电池的负极材料集流体，与氧化铜纳米线结合良好，无需粘结剂辅助与铜箔集流体结合，简化了电池制备的操作工艺，且所得的氧化铜纳米线作为负极材料的充放电比容量较高、循环性能较为稳定。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种氧化铜纳米线及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，由于锂离子电池具有比容量高、循环寿命长、容量密度高及绿色环保等优点而广泛应用于数码电子器件以及混合动力汽车等设备中，作为主要能源来源。随着人们对能源需求的提高，对锂离子电池的比容量以及倍率性能的要求也逐渐提高。

氧化铜是一种p型半导体功能材料，具有毒性低、价格低和容易获得的优点，不仅在电、磁、催化和能源等领域具有广阔的应用前景，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材料时，其理论比容量可达674mAh/g，这是由于在锂离子与氧化铜反应过程中会生成铜离子，铜离子的产生增加了氧化铜的导电性，从而减小了电池阻抗，进而提高锂离子电池的比容量[Yan Yu,Yi Shi.FacileElectrochemicalSynthesis of Single-crystalline Copper Nanospheres,Pyramids,and TruncatedPyramidal Nanoparticles from Lithia/Cuprous Oxide Composite ThinFilms.J.Phys.Chem.C,2008,112；4176-4179]。然而，虽然目前纳米氧化铜在某种程度上提高了锂离子电池的储锂容量和循环性能，但是由于充放电循环过程中的体积变化，会导致容量衰减，影响锂离子电池的性能。

为了解决上述问题，研究者们通常采用直接沉淀法和模板法制备纳米氧化铜，这两种方法制备得到的纳米氧化铜的结构能够有效解决充放电循环过程中的体积变化。然而，上述方法的制备过程都相对复杂，例如：直接沉淀法需要在金属盐溶液中加入沉淀剂，在一定的条件下生成沉淀析出，沉淀经洗涤、干燥和热分解等处理工艺后得到纳米粉体；模板法则需要以模板为主体构型控制、影响和修饰材料的形貌，控制尺寸以获得目标材料。加入添加剂及模板诱导都相对复杂化了氧化铜纳米线的制备过程，不利于纳米氧化铜材料在锂离子电池负极材料中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氧化铜纳米线的制备方法，该方法的工艺流程简单易行，所制备的氧化铜纳米线作为负极材料的充放电比容量较高、循环性能稳定。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种氧化铜纳米线的制备方法，包括以下步骤：

将铜箔在电解液中进行电沉积，得到氢氧化铜纳米线；

将所述氢氧化铜纳米线进行退火处理，得到氧化铜纳米线。

优选的，进行所述电沉积之前，将所述铜箔依次进行酸处理、洗涤和干燥。

优选的，所述酸处理所用试剂为盐酸溶液，所述盐酸溶液的浓度为0.5～1.5mol/L。

优选的，所述电解液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，所述电解液的浓度为0.5～1.5mol/L。

优选的，采用三电极体系进行所述电沉积，所述三电极体系的对电极为铂电极，参比电极为Ag/AgCl电极，铜箔作为工作电极。

优选的，所述电沉积的电压为0.2～1.0V，所述电沉积的时间为400～1200s。