具有亲锂性铜镍双金属层改性三维骨架材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及纳米材料与电化学技术领域，特别涉及一种具有亲锂性铜镍双金属层改性三维骨架材料及其制备方法和应用。所述具有亲锂性铜镍双金属层改性三维骨架材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将硫酸铜、硫酸镍、硼酸加入到去离子水中，得到了电镀液；(2)将得到的电镀液作为电解液，以泡沫镍材料作为工作电极，利用三电极和电化学工作站进行电镀过程，得到具有亲锂性铜镍双金属层改性三维骨架材料。本发明专利技术提供了上述具有亲锂性铜镍双金属层改性三维骨架材料的制备方法，此法操作简单，合成时间短，条件温和，成本低廉并可大规模制备，符合绿色化学的要求，有利于市场化推广。有利于市场化推广。

【技术实现步骤摘要】
具有亲锂性铜镍双金属层改性三维骨架材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及纳米材料与电化学
，特别涉及一种具有亲锂性铜镍双金属层改性三维骨架材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，由于移动电子设备和电动车辆的迅速发展，人们对于储能器件性能的要求急剧增加。目前，传统的商业化锂离子电池以石墨(比容量372mAh g-1
)为负极材，它的发展已接近其理论容量。然而，300-800Wh kg-1
的新体系电池是各国对下一代电池提出的要求，也是应对全球能源挑战的重要战略目标，因此，仅仅依靠石墨类负极材料远不能满足当今社会的需求。金属锂(Li)因具有非常高的理论比容量(3860mAh g-1
)，是传统石墨负极材料的10倍，被认为是有望用于电动汽车和电网存储的下一代高能量密度电池负极材料。
[0003]近年来，国内外学者对锂负极的保护主要从材料结构的设计、有机电解液组分及添加剂、电解质以及隔膜修饰进行。三维金属集流体具有较高的比表面积，能有效的降低局部电流密度，诱导金属锂的均匀沉积和缓解体积膨胀，被认为是有效抑制锂枝晶生长的有效方法。然而，已报道的具有三维亲锂特性的集流体大多需要复杂的制备工艺流程或昂贵的原材料，严重的降低了此类策略在实际应用中的可能性。因此，急需寻找通过简单可行的方法制备兼具三维结构和亲锂特性的集流体。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术拟综合考虑上述因素，拟采用三电极电镀法在憎锂性三维骨架上构筑一层亲锂性的铜镍双金属层得到具有亲锂性铜镍双金属层改性三维骨架材料，以实现高效稳定的锂金属电池制备。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：一种具有亲锂性铜镍双金属层改性三维骨架材料，其特征在于，包括泡沫镍载体和负载于所述泡沫镍载体上的铜镍双金属层；
[0006]所述铜镍双金属层由铜镍双金属颗粒组成，直径为400～700nm，铜镍双金属层厚度≤700nm。
[0007]本专利技术提供了所述具有亲锂性铜镍双金属层改性三维骨架材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008](1)将硫酸铜、硫酸镍、硼酸加入到去离子水中，得到了电镀液；
[0009](2)将得到的电镀液作为电解液，以泡沫镍材料作为工作电极，利用三电极和电化学工作站进行电镀过程，得到具有亲锂性铜镍双金属层改性三维骨架材料。
[0010]按上述方案，所述步骤(1)中硫酸铜、硫酸镍、硼酸水溶液的摩尔浓度分别为0.02～0.1mol L-1
、0.5～2mol L-1
、0.2～1mol L-1
。
[0011]按上述方案，所述步骤(2)中三电极分别为硫酸亚汞电极、铂片电极、工作电极。
[0012]按上述方案，所述步骤(2)中泡沫镍面积为2cm
×
2cm。
[0013]按上述方案，所述步骤(2)中电镀过程电压设置为0.75V，时间为400s。
[0014]所述具有亲锂性铜镍双金属层改性三维骨架材料在锂金属负极电池材料中的应用。
[0015]在本专利技术中，铜镍双金属层颗粒紧密堆积在泡沫镍载体的三维骨架上，与泡沫镍载体形成亲锂性三维骨架材料，能够保证锂离子的均匀沉积；同时，纳米级厚度的铜镍双金属层与三维泡沫镍骨架形成了有序分级结构，具有较高的比表面积，作为锂金属负极材料，具有高的比表面积，能够有效减小局部电流密度，抑制锂枝晶生长；另外，因为金属铜和金属镍与锂离子不会发生合金化反应，因此该复合锂金属负极不会发生较大的体积膨胀，有利于实现锂金属负极的稳定循环。实施例结果表明，本专利技术提供的具有亲锂性铜镍双金属层改性三维骨架材料用作锂金属电池负极材料时，锂金属电池表现出优异的循环稳定性(＞1000小时)和高库伦效率(98.29％)。
[0016]本专利技术提供了上述具有亲锂性铜镍双金属层改性三维骨架材料的制备方法，此法操作简单，合成时间短，条件温和，成本低廉并可大规模制备，符合绿色化学的要求，有利于市场化推广。
附图说明
[0017]图1是实施例1中铜镍双金属层改性三维骨架材料的X-射线衍射图谱；
[0018]图2是实施例1所得铜镍双金属层改性三维骨架材料的场发射扫描电镜图片；
[0019]图3是实施例1所得铜镍双金属层改性三维骨架材料的透射电镜图片；
[0020]图4是实施例1所得铜镍双金属层改性三维骨架材料的循环充放电测试图，其中(a)为1mA cm-2 1mAh cm-2
的电流密度和容量密度下的对称电池循环图，(b)为0.5C(1C＝170mAh g-1
)电流密度下的全电池循环充放电图。
具体实施方式
[0021]本专利技术提供了一种具有亲锂性铜镍双金属层改性三维骨架材料，包括泡沫镍载体和负载于所述泡沫镍载体上的铜镍双金属层。
[0022]在本专利技术中，所述铜镍双金属层由铜镍双金属颗粒组成，直径为400～700nm，优选为500～600nm；所述铜镍双金属层的厚度≤700nm，优选≤500nm。在本专利技术中，所述泡沫镍的厚度优选为≤0.5cm，更优选为≤0.2cm。
[0023]在本专利技术中，所述铜镍双金属层的化学式为Cu-Ni，具有优异的亲锂性，并且不和锂发生合金化反应，能够避免因锂枝晶生长刺穿隔膜导致的安全问题以及合金化反应体积膨胀大降低电池稳定性的缺点。
[0024]在本专利技术中，铜镍双金属层颗粒紧密堆积在泡沫镍载体的三维骨架上，与泡沫镍载体形成亲锂性三维骨架材料，能够保证锂离子的均匀沉积；同时，纳米级厚度的铜镍双金属层与三维泡沫镍骨架形成了有序分级结构，具有较高的比表面积，作为锂金属负极材料，具有高的比表面积，能够有效减小局部电流密度，抑制锂枝晶生长；另外，因为金属铜和金属镍与锂离子不会发生合金化反应，因此该复合锂金属负极不会发生较大的体积膨胀，有利于实现锂金属负极的稳定循环。
[0025]本专利技术提供了上述具有亲锂性铜镍双金属层改性三维骨架材料的制备方法，包括以下步骤：
[0026](1)将硫酸铜、硫酸镍、硼酸与去离子水混合，得到电镀液；
[0027](2)将得到的电镀液作为电解液，以泡沫镍材料作为工作电极，利用三电极和电化学工作站进行电镀过程，得到具有亲锂性铜镍双金属层改性三维骨架材料。
[0028]本专利技术将硫酸铜、硫酸镍、硼酸与去离子水混合，得到电镀液。本专利技术对所述泡沫镍的种类、规格没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的泡沫镍即可。在本专利技术中，所述电镀液的硫酸铜、硫酸镍、硼酸水溶液的摩尔浓度优选分别为0.02～0.1mol L-1
、0.5～2mol L-1
、0.2～1mol L-1
，更优选为0.05～0.06mol L-1
、1～1.5mol L-1
、0.5～0.7mol L-1
。在本专利技术中，所述去离子水体积为50mL。
[0029]在本专利技术中，所述电镀液的制备方法优选包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有亲锂性铜镍双金属层改性三维骨架材料，其特征在于，包括泡沫镍载体和负载于所述泡沫镍载体上的铜镍双金属层；所述铜镍双金属层由铜镍双金属颗粒组成，直径为400～700nm，铜镍双金属层厚度≤700nm。2.权利要求1所述具有亲锂性铜镍双金属层改性三维骨架材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将硫酸铜、硫酸镍、硼酸加入到去离子水中，得到了电镀液；(2)将得到的电镀液作为电解液，以泡沫镍材料作为工作电极，利用三电极和电化学工作站进行电镀过程，得到具有亲锂性铜镍双金属层改性三维骨架材料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中硫酸铜、硫酸镍、硼...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐林，邹文渊，麦立强，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：