一种作为锂离子电池负极材料的氧化亚铜/多孔碳复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种作为锂离子电池负极材料的氧化亚铜/多孔碳复合材料及其制备方法，属于化工电极材料技术领域。将多孔碳加入到硫酸铜溶液中，超声分散；在温度为50～120℃的条件下，加入氢氧化钠和葡萄糖，进行反应，待反应完成后，洗涤抽滤至滤液pH呈中性，将抽滤产物真空烘干，得到具有纳米多孔结构的氧化亚铜/多孔碳复合材料。本发明专利技术的方法制备工艺简单易行，制备参数可控性强，该复合材料用作锂离子电池负极材料表现出优异的充放电性能及循环稳定性和高的倍率性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于化工电极材料

技术介绍
能源和材料是物质发展的基础。近年来，由于科学技术突飞猛进的发展，石油等不可再生资源的消耗加速，能源问题已成为不容忽视的急需解决的难题。锂离子电池具有比能量高、工作电压高、自放电率低、循环寿命长、无污染等独特优势，被认为是最能替代石油的二次可再生资源之一。其中锂离子电池负极材料是制约锂离子电池容量的关键因素之o氧化亚铜作为P型氧化物半导体材料，具有活性的电子空穴对系统，在光电催化等方面得到关注和广泛应用。目前已有相关报道将氧化亚铜作为锂离子电池负极材料，具有高于传统碳材料的理论容量和一定的应用潜力。氧化亚铜形貌多样，制备方法简单易行，可控性强，但是用作负极材料时由于自身较大的体积膨胀效应，在充放电过程中具有循环稳定性较差，容量衰减过快的缺点，尤其是存在首次库伦效率过低的问题。此外，由于其导电性较差，倍率性能也需要进一步提高。由 于多孔碳材料具有丰富的孔道结构和良好的导电性，本专利技术选择多孔碳作为氧化亚铜的复合载体，在一步溶液法合成氧化亚铜的过程中使氧化亚铜晶体在多孔碳的孔道中生长，制备得到具有纳米多孔结构的氧化亚铜/多孔碳复合负极材料。作为承载氧化亚铜的载体，多孔碳对充放电过程中氧化亚铜体积膨胀具有一定的缓冲作用，其良好的导电性也能进一步提高复合电极的电接触，降低反应阻抗和提高锂离子的扩散速率。因此，本专利技术制得的氧化亚铜/多孔碳纳米复合材料用作锂离子电池负极材料时表现出高的循环可逆容量和倍率性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有锂离子电池氧化亚铜负极材料导电性差、容量衰减快以及倍率性能不理想的问题，提出。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。本专利技术的一种作为锂离子电池负极材料的氧化亚铜/多孔碳复合材料由氧化亚铜和多孔碳组成，以该复合材料的总质量计算，各部分的质量百分含量为:氧化亚铜10%-90%;多孔碳90%-10%。本专利技术的一种作为锂离子电池负极材料的氧化亚铜/多孔碳复合材料的制备方法，具体制备步骤如下:I)将多孔碳加入到硫酸铜溶液中，超声分散；2)在温度为50 120°C的条件下，向步骤I)得到的溶液中加入氢氧化钠和葡萄糖，进行反应，反应时间为15min 12h ；3)待反应完成后，洗涤抽滤至滤液pH呈中性，将抽滤产物真空烘干，得到具有纳米多孔结构的氧化亚铜/多孔碳复合材料。步骤I)中超声分散时间为5 120min。步骤I)中硫酸铜溶液的浓度为0.01 0.5g/mL。步骤I)中多孔碳和硫酸铜溶质的质量比为1: 0.05-10。步骤2)中加入的氢氧化钠与硫酸铜溶质的质量比为1: 0.01-10。步骤2)中加入的葡萄糖与硫酸铜溶质的质量比为1: 0.01-10。步骤4)中洗涤是用去离子水和乙醇洗涤。有益效果本专利技术以多孔碳可作为承载氧化亚铜的基体，为其体积变化提供一个缓冲的空间，避免了电极的粉化和失效。因此，为了有效抑制氧化亚铜在充放电过程中严重的体积膨胀效应，将其与多孔碳进行复合，制备得到具有纳米结构的氧化亚铜/多孔碳复合材料。制备工艺简单易行，制备参数可控性强。多孔碳具有的丰富的孔道结构为氧化亚铜的体积变化提供了缓冲空间，同时复合材料的导电性也得到一定提高，用作锂离子电池负极材料表现出优异的充放电性能及循环稳定性(在电流密度为IOOmAg-1下，循环100周后可逆容量为884.4mAhg^)和高的倍率性能(在电流密度为lOOOmAg—1充放电制度下，可逆容量为600mAhg 0。附图说明 图1为氧化亚铜/多孔碳复合负极材料的XRD图。图2为氧化亚铜/多孔碳复合负极材料的TEM图。图3为氧化亚铜/多孔碳复合负极材料在IOOmAg4充放电循环100周的放电曲线。图4为氧化亚铜/多孔碳复合负极材料在lOOmAg'ZOOmAg'SOOmAg—1和lOOOmAg—1下充放电时比容量及库伦效率变化曲线图。具体实施例方式下面结合实施例和附图对本专利技术做详细说明实施例一种作为锂离子电池负极材料的氧化亚铜/多孔碳复合材料的制备方法，具体制备步骤如下:I)将Ig硫酸铜溶解在SOmL去离子水中，磁力搅拌使其充分溶解；2)将0.Sg多孔碳加入步骤I)得到的溶液中，超声分散30min使多孔碳充分分散在溶液中；3)将0.72g氢氧化钠和0.65g葡萄糖加入步骤2)得到的溶液中，反应温度为80°C，继续搅拌15分钟后停 止搅拌，陈化60min，静置得到沉淀物；4)将步骤3)得到的沉淀物用去离子水洗涤、抽滤至滤液pH呈中性，将抽滤产物真空120°C烘4h，得到具有纳米多孔结构的氧化亚铜/多孔碳复合材料，其XRD图如图1所示，TEM图如图2所示；将上述方法制备的氧化亚铜/多孔碳复合材料应用于锂离子电池负极材料后进行充放电比容量和循环性能测试:氧化亚铜/多孔碳材料与导电剂Super.P、粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)按质量百分比60%:20%:20%的比例混合制成电极片作为工作电极，金属锂为对电极，lmol/L的LiF6/EC-DMC(体积比1:1)为电解液，在氩气气氛手套箱中装配成模拟电池。对模拟电池进行充放电测试，电压范围为0.01 3V(vs.Li+/Li)，电流密度为IOOmAg-1、200mAg-1、500mAg-1 和 IOOOmAg-1。测试结果:氧化亚铜/多孔碳复合负极材料在IOOmAg4充放电循环100周的放电曲线如图3所示，在电流密度为lOOmAg—1时，首次放电(嵌锂)比容量及充电(脱锂)比容量分别为1382.4mAhg_1>885.GmAhg'首次库伦效率为64% ;循环100周后可逆容量为884.^iAhg'氧化亚铜/多孔碳复合负极材料倍率性能及库伦效率变化曲线如图4所示，在电流密度为ZOOmAg'SOOmAg—1和lOOOmAg—1时，对应的放电比容量分别为792.2mAhg^\719.2mAhg 1 和 600.8mAhg、`本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种作为锂离子电池负极材料的氧化亚铜/多孔碳复合材料，其特征在于：以该复合材料的总质量计算，各部分的质量百分含量为：氧化亚铜??10％?90％；多孔碳????90％?10％。

【技术特征摘要】
1.一种作为锂离子电池负极材料的氧化亚铜/多孔碳复合材料，其特征在于:以该复合材料的总质量计算，各部分的质量百分含量为: 氧化亚铜 10% -90% ； 多孔碳 90%-10%。2.—种权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤如下: 1)将多孔碳加入到硫酸铜溶液中，超声分散； 2)在温度为50 120°C的条件下，向步骤I)得到的溶液中加入氢氧化钠和葡萄糖，进行反应，反应时间为15min 12h ； 3)待反应完成后，洗涤抽滤至滤液pH呈中性，将抽滤产物真空烘干，得到具有纳米多孔结构的氧化亚铜/多孔碳复合材料。3.根据权利要求1所述的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆道斌，陈实，沈雪阳，吴伯荣，吴锋，赵章宏，陶丹，
申请(专利权)人：北京理工大学，高平唐一新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：