一種鋰離子電池用三維銅納米線陣列集流體及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鋰離子電池用三維銅納米線陣列集流體及其制備方法。它由生長在銅表面的銅納米線陣列組成，制備方法為：1）以紫銅為陽極，氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液為電解液，不銹鋼為陰極，飽和氯化亞汞電極為參比電極，先在電解槽內(nèi)通入惰性氣體去除氧氣,然后控制電流密度，陽極電氧化，在紫銅表面生成Cu(OH)2薄膜，得Cu(OH)2納米線陣列；2）將Cu(OH)2納米線陣列置于氫氣氛中，在反應(yīng)器中熱還原后，再自然冷卻到室溫，即可得到三維銅納米線陣集流體。本發(fā)明制備的產(chǎn)品具有良好的導(dǎo)電性，超高的比表面積，其制備反應(yīng)溫度低，無模板，程序簡單，三維Cu納米線陣列的形貌結(jié)構(gòu)可控，具有良好的均一性。
【專利說明】一種鋰離子電池用三維銅納米線陣列集流體及其制備方法
[0001](一)【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池用三維銅納米線陣列集流體及其制備方法。
[0002](二)【背景技術(shù)】
近年來，鋰離子電池已在移動(dòng)電子設(shè)備，電動(dòng)汽車，備用儲(chǔ)能，智能電網(wǎng)等領(lǐng)域逐漸應(yīng)用，但是，仍然難以滿足電動(dòng)工具，電動(dòng)汽車(EVs)，混合電動(dòng)車(PHEVs)對(duì)電池的功率密度，能量密度的要求。傳統(tǒng)鋰離子電池電極的設(shè)計(jì)是將陰極、陽極活性材料與導(dǎo)電劑(碳)、粘結(jié)劑等按比例混合，分別噴涂在鋁箔、銅箔集流體上。這種設(shè)計(jì)的結(jié)果是:活性材料沒有與集流體直接相連，電子傳輸能力差，容易脫落損失，且容量發(fā)揮受到限制。因此，除了尋找新的電極材料之外，創(chuàng)新設(shè)計(jì)集流體，以提高陰極、陽極活性材料的功率密度，能量密度，也是一種改善鋰離子電池性能的有效途徑。納米陣列集流體基底的設(shè)計(jì)是將導(dǎo)電性良好的納米線、納米棒、納米管等陣列(鋁、銅、鎳、硅等)直接粘結(jié)在鋁箔、銅箔上用作負(fù)載陰極、陽極活性材料的集流體。這種納米陣列集流體具有良好的導(dǎo)電性，超高的比表面積，有利于增大電極/電解液的接觸面積，縮短鋰離子的擴(kuò)散路徑，緩解充放電時(shí)電極材料的體積變化與應(yīng)力作用。目前，已有制備微/納米陣列集流體(Nat.Mater.2006, 5，567 ；Electrochem.Commun.2008, 10, 1467 ；Adv.Mater.2010, 22, 4978)的報(bào)道，但是，存在銅箔集流體與活性材料粘結(jié)性差，容易脫落，導(dǎo)致電化學(xué)循環(huán)性能差的問題，同時(shí)存在制備程序復(fù)雜，需要模板，難以商業(yè)化等問題。
[0003](三)
【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種粘結(jié)性好、不容易脫落、電化學(xué)循環(huán)性能優(yōu)異的鋰離子電池用三維銅納米線陣列集流體，同時(shí)提供了它的制備方法。
[0004]本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種鋰離子電池用三維銅納米線陣列集流體，其特征是:其由直接生長在銅表面的銅納米線陣列組成。
[0005]一種制備上述的鋰離子電池用三維銅納米線陣列集流體的方法，其特征是，步驟如下:
1)以紫銅為陽極，氫氧化鈉(NaOH)溶液或氫氧化鉀(KOH)溶液為電解液,不銹鋼為陰極，飽和氯化亞汞電極為參比電極，在5?60°C范圍內(nèi)先在電解槽內(nèi)通入惰性氣體去除氧氣(02)，然后控制電流密度為0.5?5 mA/cm2，陽極電氧化4?30 min，在紫銅表面生成藍(lán)色的Cu (OH)2薄膜，用蒸餾水清洗并晾干，得Cu (OH)2納米線陣列；
2)將Cu(OH) 2納米線陣列置于氫氣氛中，在160?200°C的反應(yīng)器中，熱還原10?20h，再自然冷卻到室溫，即可得到鋰離子電池用三維銅納米線陣集流體。
[0006]先將紫銅放入0.1?2mol/L的鹽酸中浸泡3?5min,然后用蒸懼水清洗,再用乙醇清洗，干燥后備用。
[0007]所述氫氧化鈉(NaOH)溶液或氫氧化鉀(KOH)溶液的濃度為0.1?4mol/L。
[0008]所述的惰性氣體為高純N2或Ar2。
[0009]所述的氫氣由氫氣發(fā)生器產(chǎn)生。[0010]制備Cu(OH)2納米線陣列的制備時(shí)，陰陽極發(fā)生的電極反應(yīng)如下:
陽極:
【權(quán)利要求】
1.一種鋰離子電池用三維銅納米線陣列集流體，其特征是:其由直接生長在銅表面的銅納米線陣列組成。
2.一種制備權(quán)利要求1所述的鋰離子電池用三維銅納米線陣列集流體的方法，其特征是，步驟如下: O以紫銅為陽極，氫氧化鈉(NaOH)溶液或氫氧化鉀(KOH)溶液為電解液,不銹鋼為陰極，飽和氯化亞汞電極為參比電極，在5?60°C范圍內(nèi)先在電解槽內(nèi)通入惰性氣體去除氧氣(02)，然后控制電流密度為0.5?5 mA/cm2，陽極電氧化4?30 min，在紫銅表面生成藍(lán)色的Cu (OH)2薄膜，用蒸餾水清洗并晾干，得Cu (OH)2納米線陣列； 2)將Cu (OH) 2納米線陣列置于氫氣氛中，在160?200°C的反應(yīng)器中，熱還原10?20h，再自然冷卻到室溫，即可得到三維銅納米線陣集流體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰離子電池用三維銅納米線陣列集流體的制備方法，其特征是，先將紫銅放入0.1?2mol/L的鹽酸中浸泡3?5min，然后用蒸餾水清洗，再用乙醇清洗，干燥后備用。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的鋰離子電池用三維銅納米線陣列集流體的制備方法，其特征是，所述氫氧化鈉(NaOH)溶液或氫氧化鉀(KOH)溶液的濃度為0.1?4mol/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋰離子電池用三維銅納米線陣列集流體的制備方法，其特征是，所述的惰性氣體為高純N2或Ar2。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰離子電池用三維銅納米線陣列集流體的制備方法，其特征是，所述的氫氣由氫氣發(fā)生器產(chǎn)生。
【文檔編號(hào)】B82Y40/00GK103531817SQ201310488208
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月17日
【發(fā)明者】陳欣, 王瑛, 趙成龍, 宋春華 申請(qǐng)人:山東玉皇化工有限公司