[发明专利]一种二次电池用柔性纳米多孔金属氧化物负极及其制备方法

说明书

一种二次电池用柔性纳米多孔金属氧化物负极的制备方法，包括如下步骤：(1)复合三明治结构合金箔带的制备；(2)柔性纳米多孔合金氧化物的制备：将合金箔带置于硫酸铵中水浴脱合金化制备出柔性纳米多孔合金，由无水乙醇中取出置于通风处自蔓延燃烧，生成柔性纳米多孔合金氧化物电极；(3)缺陷纳米多孔合金氧化物电极的制备：通过选择性还原Cu等氧化物制备出富缺陷的合金氧化物电极。本发明所述的一种二次电池用柔性纳米多孔金属氧化物负极及其制备方法首次将纳米多孔金属自蔓延燃烧引入到批量制备二次电池用负极材料中，工艺简单、成本低；自燃可同时引起表面的快速氧化和孔结构粗化，从而生成高活性物质负载量的纳米多孔一体化电极。

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域，尤其是涉及一种二次电池用柔性纳米多孔金属氧化物负极及其制备方法。

背景技术

二次电池是目前商用的新型储能设备。其中负极材料因为具有低的放电电位和高的理论比容量是影响二次电池性能的主要因素之一。传统负极材料中，商用石墨的单位面积比容量一般低于3mAh cm^-2，严重影响便携式电子产品的实际应用。过渡族金属氧化物因为具有高的理论比容量受到高度重视。但是过渡族金属氧化物因为导电性差和在锂离子嵌入脱出过程中体积膨胀等缺陷，引起倍率和稳定性的快速衰减。材料纳米化可为材料的体积膨胀提供缓冲空间，同时在本征活性层引入导电增强体可有效改善上述缺陷，但传统方法制备的高性能纳米材料电极中纳米材料的负载量过低(1-2mg cm^-2)，导致缺乏实用价值。

近年，具有纳米多孔结构的过渡族金属氧化物在储能领域受到高度重视。脱合金化制备的纳米多孔金属因导电性好、比表面积高的优势可用做锂离子电池负极用集流体。将纳米多孔金属进行表面氧化可制备金属@氧化物复合电极。但由于纳米多孔金属的脆性问题，很难实现一体化应用。同时对一体化电极进行合理的调控也是改善其电化学性能的关键因素。在氧化层中引入掺杂相或氧空位可改善导电性差并为电极充放电过程中的体积膨胀提供有效的缓冲空间。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种二次电池用柔性纳米多孔金属氧化物负极及其制备方法，以进一步制备高活性物质负载量并结合缺陷电极的高导电性和提供更多的离子活性位点。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种二次电池用柔性纳米多孔金属氧化物负极的制备方法，包括如下步骤：

(1)合金箔带的制备：将厚度为1cm的两块NiCuMn合金或两块NiCoMn合金进行抛光打磨后酒精清洗并干燥，然后选择厚度为1-2mm厚的Cu或Ni板作为中间夹层进行对称封边和真空包套焊接，将上述包焊后的叠层板材加热到600-1000℃，并保温30-120min后进行热轧，控制下轧量在30％以内，并进行反复轧制得到厚度为1mm的板材，将板材进行重复真空退火和冷轧获得厚度为50-200um的合金箔带；

(2)柔性纳米多孔合金氧化物的制备：将上述合金箔带置于1mol/L的硫酸铵中60℃水浴脱合金化制备出纳米多孔合金，将上述纳米多孔合金清洗后直接由无水乙醇中取出置于通风处，自蔓延燃烧生成柔性纳米多孔合金氧化物电极；

(3)缺陷纳米多孔合金氧化物电极的制备：将上述柔性纳米多孔合金氧化物箔带置于氢气炉中进行退火处理，制备出不同缺陷程度和金属掺杂的柔性纳米多孔合金氧化物电极。

进一步的，所述步骤(1)中，所述NiCuMn合金中，Mn的摩尔质量份数为60％-70％，Ni的摩尔质量份数为5％-25％，其余为Cu的摩尔质量份数；所述NiCoMn合金中Mn的摩尔质量为60％-70％，Ni的摩尔质量为5％-25％，其余为Co的摩尔质量。

进一步的，所述步骤(1)中制备的合金箔带为NiCuMn/Cu/NiCuMn合金箔带、NiCoMn/Cu/NiCoMn合金箔带、NiCuMn/Ni/NiCuMn合金箔带或NiCoMn/Ni/NiCoMn合金箔带。