專利名稱：一種Cu₂O/Cu/PPy納米線復(fù)合鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬 于儲能材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高比容量和高循環(huán)性能的Cu20/Cu/PPy復(fù)合的納米線狀鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法。
背景技術(shù)：
由于能源的日益枯竭，再加上城市污染的日益嚴(yán)重，人們對新型綠色高效能源的需求日益迫切，鋰離子電池作為具有強大優(yōu)勢的新能源成為現(xiàn)今研究重點。它有許多突出的優(yōu)點重量輕、儲能大、功率大、無污染、也無二次污染、壽命長、自放電系數(shù)小、溫度適應(yīng)范圍寬。目前，鋰離子電池所使用的負(fù)極材料一般都是碳材料，如石墨、軟碳(如焦炭等)、硬碳等。雖然碳負(fù)極材料已經(jīng)成功商品化，但仍存在一些難以克服的弱點，例如石墨類碳材料與有機溶劑相容能力較差，容易發(fā)生溶劑共嵌入，降低嵌鋰性能；鋰離子在石墨中擴散系數(shù)小，不利于快速充放電；碳負(fù)極的電位與金屬鋰的電位很接近，當(dāng)電池過充時碳電極表面易析出金屬鋰而引起短路；在高溫下，碳負(fù)極上的保護層可能分解而導(dǎo)致電池著火；此外，碳負(fù)極理論容量僅為372mAh/g，不能充分滿足高容量、高功率密度鋰離子電池的要求。近年來報道的非碳負(fù)極材料有氮化物、鋰鐵復(fù)合氧化物、錫基材料、硅基材料、過渡金屬氧化物和其它一些新型合金材料等。其中納米尺寸的3d過度金屬氧化物(MO，M為Co, Ni, Cu，F(xiàn)e)作為鋰離子電池負(fù)極材料具有出色的電化學(xué)性能是很有前途的鋰離子電池負(fù)極材料。納米過渡金屬氧化物Cu2O由于其較高的能量密度和良好的倍率性能成為人們研究的熱點。納米Cu2O是一種典型的p型半導(dǎo)體，禁帶寬度為2. 17eV，不僅有望成為出色的鋰離子電池負(fù)極材料，而且在太陽能轉(zhuǎn)化器和太陽能電池，傳感器，磁存儲器，超導(dǎo)體，光催化劑以及生物傳感器等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在過去的幾年中，研究者報道了很多結(jié)構(gòu)的納米Cu2O,如立方體形、八面體型、中空結(jié)構(gòu)和納米線等結(jié)構(gòu)。理論上每單位的Cu2O可以與兩個Li+進行可逆反應(yīng)，在0. 2-3V之間Cu2O的理論容量達到^OmAhg'很多研究人員把Cu2O作為鋰離子電池碳負(fù)極材料代替品。然而，Cu2O是p型半導(dǎo)體、電導(dǎo)率不高，這導(dǎo)致了 Cu2O的實際比容量遠遠小于理論容量。近年來，聚吡咯(PPy)與無機微納米材料的復(fù)合材料以其優(yōu)異的物理、化學(xué)性能和廣闊的應(yīng)用前景越來越弓I起科學(xué)家和工程師們的廣泛興趣。PPy與無機納米材料復(fù)合后，對材料在力學(xué)性能、環(huán)境穩(wěn)定性、可加工性等方面都有所改善，對材料的導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性、微波吸收性也都有明顯改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種高比容量和高循環(huán)性能的Cu20/Cu/PPy納米線復(fù)合鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種Cu20/Cu/PPy納米線復(fù)合鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(I)配制吡咯單體溶液和乙酸銅溶液，超聲使其分散均勻；(2)按體積比為I : 13-1 3量取步驟(I)得到的吡咯單體溶液與乙酸銅溶液混合，并轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中；(3)將水熱反應(yīng)釜放置到烘箱中，設(shè)置烘箱溫度為120-180°c，反應(yīng)10-20h ；(4)將反應(yīng)得到的產(chǎn)品進行離心分離，經(jīng)洗滌后，進行干燥處理，得到Cu20/Cu/PPy納米線復(fù)合鋰離子電池負(fù)極材料。步驟(I)所述的吡咯單體溶液的濃度為0. 1-0. 2mol/L。 步驟(I)所述的乙酸銅溶液的濃度為0. 05mol/L。步驟(4)所述的干燥處理是指在40_60°C的干燥箱中，干燥5_12h。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過采用單體吡咯和二價銅在一定條件下反應(yīng)制備出了納米線狀結(jié)構(gòu)的Cu20/Cu/PPy納米線負(fù)極材料,將得到的Cu20/Cu/PPy納米線組裝成扣式鋰離子電池，進行電性能分析表征，經(jīng)過測試，比容量在0. 2C，0. 5C和IC倍率時，達到635mAh/g,600mAh/g和540mAh/g,并且在300個循環(huán)后沒有衰減?？梢钥闯?，這種材料作為鋰離子電池負(fù)極材料有比較高的比容量，并且有良好的循環(huán)性能，為提高鋰離子電池負(fù)極材料的循環(huán)性能和容量，獲得高比容量的鋰離子電池具有重要的理論和實踐意義。


圖I為Cu20/Cu/PPy納米線的掃描電鏡照片；圖2為Cu20/Cu/PPy納米線的XRD衍射圖譜；圖3為Cu20/Cu/PPy納米線裝成紐扣電池后的循環(huán)伏安測試情況；圖4為Cu20/Cu/PPy納米線裝成紐扣電池后在不同倍率下充放電測試情況。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。實施例I配制0. lmol/L的吡咯單體溶液和0. 05mol/L的乙酸銅溶液，超聲使其分散均勻。取IOmL配制好的吡咯單體溶液與65mL配制好的乙酸銅溶液混合，并轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中；將水熱反應(yīng)釜放置到烘箱中，將溫度設(shè)定為160°C，反應(yīng)12h ;將反應(yīng)得到的產(chǎn)品進行離心洗滌，并在50°C下干燥12h，將得到的Cu20/Cu/PPy納米線組裝成扣式鋰離子電池，進行電性能分析表征。所得Cu20/Cu/PPy納米線的掃描電鏡照片，如圖I所示；Cu20/Cu/PPy納米線的XRD衍射圖譜，如圖2所示；Cu20/Cu/PPy納米線裝成紐扣電池后的循環(huán)伏安測試情況，如圖3所示；Cu20/Cu/PPy納米線裝成紐扣電池后在不同倍率下充放電測試情況，如圖4所示。可以看出，本發(fā)明方法制得的Cu20/Cu/PPy納米線,經(jīng)性能表征被證實能夠大大提高電子導(dǎo)電能力，使比容量有大幅度增大。經(jīng)過循環(huán)測試，比容量在0. 2C，0. 5C和IC倍率時，達到635mAh/g,600mAh/g和540mAh/g,并且在300個循環(huán)后沒有衰減。實施例2
配制0. 2mol/L的吡咯單體溶液和0. 05mol/L的乙酸銅溶液，超聲使其分散均勻。取16. 25mL配制好的卩比咯單體溶液與65mL配制好的乙酸銅溶液混合,并轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)爸中；將水熱反應(yīng)釜放置到烘箱中，將溫度設(shè)定為140°C，反應(yīng)15h ;將反應(yīng)得到的產(chǎn)品進行離心洗滌，并在50°C下干燥12h，將得到的Cu20/Cu/PPy納米線組裝成扣式鋰離子電池，進行電性能分析表征。實施例3配制0. 2mol/L的吡咯單體溶液和0. 05mol/L的乙酸銅溶液，超聲使其分散均勻。取13. 5mL配制好的吡咯單體溶液與65mL配制好的乙酸銅溶液混合，并轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中；將水熱反應(yīng)釜放置到烘箱中，將溫度設(shè)定為130°C，反應(yīng)20h ;將反應(yīng)得到的產(chǎn)品進行離心洗滌，并在50°C下干燥12h，將得到的Cu20/Cu/PPy納米線組裝成扣式鋰離子電池，進行電性能分析表征。實施例4配制0. lmol/L的吡咯單體溶液和0. 05mol/L的乙酸銅溶液，超聲使其分散均勻。取5mL配制好的吡咯單體溶液與65mL配制好的乙酸銅溶液混合，并轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中；將水熱反應(yīng)釜放置到烘箱中，將溫度設(shè)定為120°C，反應(yīng)20h ;將反應(yīng)得到的產(chǎn)品進行離心洗滌，并在60°C下干燥5h，將得到的Cu20/Cu/PPy納米線組裝成扣式鋰離子電池，進行電性能分析表征。實施例5配制0. lmol/L的吡咯單體溶液和0. 05mol/L的乙酸銅溶液，超聲使其分散均勻。取IOmL配制好的吡咯單體溶液與30mL配制好的乙酸銅溶液混合，并轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中；將水熱反應(yīng)釜放置到烘箱中，將溫度設(shè)定為180°C，反應(yīng)IOh ;將反應(yīng)得到的產(chǎn)品進行離心洗滌，并在40°C下干燥12h，將得到的Cu20/Cu/PPy納米線組裝成扣式鋰離子電池，進行電性能分析表征。
權(quán)利要求
1.一種Cu20/Cu/PPy納米線復(fù)合鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)配制吡咯單體溶液和乙酸銅溶液，超聲使其分散均勻； (2)按體積比為I: 13-1 3量取步驟(I)得到的吡咯單體溶液與乙酸銅溶液混合，并轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中； (3)將水熱反應(yīng)釜放置到烘箱中，設(shè)置烘箱溫度為120-180°C，反應(yīng)10-20h； (4)將反應(yīng)得到的產(chǎn)品進行離心分離，經(jīng)洗滌后，進行干燥處理，得到Cu20/Cu/PPy納米線復(fù)合鋰離子電池負(fù)極材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種Cu20/Cu/PPy納米線復(fù)合鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，步驟(I)所述的吡咯單體溶液的濃度為0. 1-0. 2mol/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種Cu20/Cu/PPy納米線復(fù)合鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，步驟(I)所述的乙酸銅溶液的濃度為0. 05mol/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種Cu20/Cu/PPy納米線復(fù)合鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，步驟(4)所述的干燥處理是指在40-60°C的干燥箱中，干燥5-12h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種Cu2O/Cu/PPy納米線復(fù)合鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟(1)配制吡咯單體溶液和乙酸銅溶液，超聲使其分散均勻；(2)按體積比為1∶13-1∶3量取步驟(1)得到的吡咯單體溶液與乙酸銅溶液混合，并轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中；(3)將水熱反應(yīng)釜放置到烘箱中，設(shè)置烘箱溫度為120-180℃，反應(yīng)10-20h；(4)將反應(yīng)得到的產(chǎn)品進行離心分離，經(jīng)洗滌后，進行干燥處理，得到Cu2O/Cu/PPy納米線復(fù)合鋰離子電池負(fù)極材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所得材料作為鋰離子電池負(fù)極材料有比較高的比容量，并且有良好的循環(huán)性能。
文檔編號H01M4/48GK102629685SQ201210103658
公開日2012年8月8日 申請日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者余元, 張亞非, 王英, 陳瑞 申請人:上海交通大學(xué)