锂电池用泡沫铜负载四氧化三钴一体化电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种锂电池用泡沫铜负载四氧化三钴一体化电极及其制备方法，包括如下步骤：(1)、将泡沫铜浸泡在稀盐酸溶液中，超声清洗20～40分钟，将泡沫铜基体放入丙酮，超声清洗8～15分钟后，再将泡沫铜基体放入无水乙醇中超声清洗8～15分钟，取出泡沫铜基体，洗净后在真空条件下干燥备用，干燥温度设定为50～80摄氏度；(2)、按质量比1:120～130准备四水合乙酸钴和去离子水，将四水合乙酸钴溶于去离子水中制成四水合乙酸钴水溶液；(3)、将泡沫铜基体放入四水合乙酸钴水溶液中进行水热反应4～18小时，在50～70摄氏度的温度条件下真空干燥；(4)、水热反应后的泡沫铜基体煅烧处理3～8小时。

Four oxidation three cobalt integrated electrode with copper foam load for lithium battery and its preparation method

With copper foam load of the invention discloses a lithium battery four oxidation three co integration electrode and a preparation method thereof, comprising the following steps: (1), the copper foam soaked in dilute hydrochloric acid solution, ultrasonic cleaning for 20~40 minutes, the copper foam matrix into acetone, ultrasonic cleaning after 8~15 minutes, the copper foam matrix in the ethanol ultrasonic cleaning for 8~15 minutes, remove the foam copper matrix, wash dry spare in vacuum condition, the drying temperature is set to 50~80 degrees Celsius; (2), according to the mass ratio of 1:120 to 130 to four hydrated cobalt acetate and cobalt acetate deionized water, four water soluble in distilled water to make four hydrated cobalt acetate water solution; (3), the foam copper matrix into four hydrated cobalt acetate in aqueous solution by hydrothermal reaction in 4~18 hours, drying temperature of 50~70 degrees Celsius; (4), after the hydrothermal reaction The foam copper matrix is calcined for 3~8 hours.

【技术实现步骤摘要】
锂电池用泡沫铜负载四氧化三钴一体化电极及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种氧化钴的一体化电极及其制备方法。
技术介绍
当前，由于矿石燃料日益枯竭，能源危机越发严重，同时环境恶化加剧，绿色及可再生能源成为各个国家争相追求的目标。为了充分利用可再生能源，廉价稳定的电能存储系统将是关键。锂离子电池有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等优点，具有最好的综合性能，被认为是解决能源危机和环境污染问题的关键技术之一，已广泛应用于便携式电子设备(如手机、数码照相机、摄像机、笔记本电脑等)和电动工具等领域，并且逐步向电动自行车、电动汽车、新能源储能等领域拓展。负极材料是锂离子电池的重要组成部分，也是决定锂离子电池综合性能优劣的关键因素之一。目前广泛应用的商业化石墨类碳负极材料具有良好的循环性能，但其存在主要问题是：比容量(300～350mA·h/g)较低、首次不可逆损失大、倍率性能差等，随着电子设备向着小型化、轻型化、多功能化的发展，现在的负极材料已不能满足更高能量,更长循环寿命的需求，为此新型的高容量锂离子蓄电池贮锂负极材料成为研究的热点。与商业化的碳材料石墨相比，过渡金属氧化物氧化钴(CoO)具有较高理论比容量(794mAh/g)。但是同其他负极氧化物材料一样，Co3O4也存在氧化物电导率低和充放电过程中体积效应较大的问题。人们通过设计特殊结构的纳米复合材料来改善这类问题，纳米结构的材料具有较大的比表面积和广泛的孔径分布将极大程度缓冲充放电过程中的体积形变，从而实现其优异的电化学性能。如中国专利申请第201010202265.1号揭示的一种锂电池用四氧化三钴的制备方法及其制备的产品，包括：将稳定剂和重量百分比浓度为20～70％的钴盐水溶液混合，得到溶液A，将沉淀剂加入溶液A中进行沉淀，沉淀经纯化、氧化制得四氧化三钴。其中，稳定剂为草酸和磺基水杨酸中的至少一种。然而，该方法制备的四氧化三钴仍未从实质上改善氧化物电导率低和充放电过程中体积效应较大的问题。又如中国专利申请第201410132597.5号揭示的一种石墨片/自组装纳米四氧化三钴锂离子负极材料、制备方法及应用其的锂电池，其中方法实施例如下：按0.5-5g/L配比称取膨胀石墨和DMF，经超声得到石墨片溶液；加入适量去离子水；称取相对于溶剂DMF的浓度为10-60g/L的四水合醋酸钴溶于溶剂；搅拌溶解后将以上溶液放入水热罐保温；冷却到室温以后，用离心机将黑色沉积物用酒精溶液清洗后烘烤到样品干燥。本专利技术实施例的方法制备的复合材料中的Co3O4纳米颗粒为结晶好的立方颗粒，大小均匀，边长约为4nm左右，相互之间的空隙在1-10nm，均匀分布在石墨片的两个表面。然而，该方法制备的石墨片/自组装纳米四氧化三钴锂离子负极材料成本较高，制备过程复杂难以保证制得的产品质量。因此，提供一种既能够充分提高比容量和循环性能又能够改善氧化钴充放电过程中的体积形变问题的纳米材料，同时提供一种简化工艺流程、降低组装成本的制备方法，成为非石墨负极材料型锂电池实现产业化应用的突破点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种负极比容量大、首次不可逆损失小、倍率性能好的锂电池用泡沫铜负载四氧化三钴一体化电极。根据本专利技术的一个方面，提供一种锂电池用泡沫铜负载四氧化三钴一体化电极，锂电池用泡沫铜负载四氧化三钴一体化电极包括集流体以及活性负极材料，集流体为泡沫铜基体，活性负极材料为四氧化三钴，四氧化三钴颗粒散布附着于泡沫铜基体中。优选地，活性负极材料为海胆状的四氧化三钴纳米颗粒。优选地，四氧化三钴纳米颗粒的直径设定为50～200纳米。根据本专利技术的另一个方面，提供一种锂电池用泡沫铜负载四氧化三钴一体化电极的制备方法，包括：(1)、按所需尺寸裁剪准备好的泡沫铜基体，将泡沫铜基体浸泡在摩尔浓度为2.5～4摩尔每升的稀盐酸溶液中，超声清洗20～40分钟，将泡沫铜基体取出放入丙酮，超声清洗8～15分钟后，再将泡沫铜基体取出放入无水乙醇中超声清洗8～15分钟，取出泡沫铜基体，洗净后在真空条件下干燥备用，干燥温度设定为50～80摄氏度。(2)、按质量比1:120～130准备四水合乙酸钴和去离子水，将四水合乙酸钴溶于去离子水中制成四水合乙酸钴水溶液。(3)、将步骤(1)中得到的泡沫铜基体放入步骤(2)配制的四水合乙酸钴水溶液中，在密闭条件下进行水热反应4～18小时，水热反应后取出泡沫铜，在50～70摄氏度的温度条件下真空干燥。(4)、水热反应后的泡沫铜基体置于惰性气体氛围中煅烧处理3～8小时，冷却后得到锂电池用泡沫铜负载四氧化三钴一体化电极。可选择地，步骤(1)中泡沫铜基体的孔隙率在98％以上、厚度为0.1～1毫米。可选择地，，在步骤(2)配制的四水合乙酸钴水溶液中进一步加入沉淀剂。可选择地，步骤(2)中沉淀剂与四水合乙酸钴的质量比设定为为2～3:1，沉淀剂为尿素。可选择地，在步骤(3)中水热反应在不锈钢高压水热反应釜中进行，水热反应温度设定为90～160摄氏度。可选择地，步骤(4)中煅烧处理的温度设定为300～600摄氏度。可选择地，步骤(4)中煅烧处理的升温速率设定为1～5摄氏度每秒。可选择地，步骤(4)中惰性气体为氩气或氙气。可选择地，在步骤(4)中进一步包括煅烧处理后在惰性气体保护下退火并自然冷却的步骤，冷却时间为3～7小时。可选择地，退火可在管式电阻炉中进行。本专利技术的有益效果是：(1)、本专利技术的锂电池用一体化电极选取了高比容量的氧化钴作为负极材料，其理论容量比商业化石墨负极材料高出三倍左右；(2)本专利技术所制备的四氧化三钴尺寸均在50nm～200nm之间，使氧化钴在锂离子充放电过程中的体积膨胀效应局部化，缓解了因体积效应带来的应力，使四氧化三钴负极材料在长时间的循环下还能维持较为完整的形貌；(3)本专利技术根据锂电池工作要求，以导电性好的泡沫铜作为集流体，直接组成锂电池负极电极，提高了电极整体的导电性，减少了粘结剂、乙炔黑导电剂等其他物质的引入，精简了锂电池组装工艺，降低了锂电池组装成本；(4)本专利技术制备的四氧化三钴海胆状纳米材料，在100mA/g的电流密度下100次充放电循环后可以维持在890mAh/g的可逆比容量，循环性能好，在100mA/g的电流密度下80次充放电循环后仍可以保持高达1776mAh/g的可逆比容量。附图说明图1为本专利技术锂电池用泡沫铜负载四氧化三钴一体化电极的制备流程示意图。图2为实施例1水热反应时间条件为16小时制得的泡沫铜负载四氧化三钴一体化电极的扫描电镜图。图3为实施例2水热反应时间条件为12小时制得的泡沫铜负载四氧化三钴一体化电极的扫描电镜图。图4为实施例3水热反应时间条件为8小时制得的泡沫铜负载四氧化三钴一体化电极的扫描电镜图。图5为实施例4水热反应时间条件为4小时制得的泡沫铜负载四氧化三钴一体化电极的扫描电镜图。图6为泡沫铜负载四氧化三钴一体化电极的X射线衍射图。图7为泡沫铜负载四氧化三钴一体化电极的循环性能曲线图。图8为实施例5所制备的片状氧化钴一体化电极的扫描电镜图。图9为实施例5所制备的片状氧化钴一体化电极的X射线衍射图。图10为实施例5所制备的片状氧化钴一体化电极的循环性能曲线图。具体实施方式请参照图1，根据本专利技术的一种非限制性实施方式，提供了一种锂电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂电池用泡沫铜负载四氧化三钴一体化电极，包括集流体以及活性负极材料，其特征在于，所述集流体为泡沫铜基体，所述活性负极材料为四氧化三钴，四氧化三钴颗粒散布附着于所述泡沫铜基体中。

【技术特征摘要】
1.一种锂电池用泡沫铜负载四氧化三钴一体化电极，包括集流体以及活性负极材料，其特征在于，所述集流体为泡沫铜基体，所述活性负极材料为四氧化三钴，四氧化三钴颗粒散布附着于所述泡沫铜基体中。2.如权利要求1所述的锂电池用泡沫铜负载四氧化三钴一体化电极，其特征在于，所述活性负极材料为海胆状的四氧化三钴纳米颗粒。3.如权利要求2所述的锂电池用泡沫铜负载四氧化三钴一体化电极，其特征在于，所述四氧化三钴纳米颗粒的粒径为50～200纳米。4.如权利要求1～3中任一项所述的锂电池用泡沫铜负载四氧化三钴一体化电极的制备方法，其特征在于，包括：(1)、按所需尺寸裁剪准备好的泡沫铜基体，将泡沫铜基体浸泡在摩尔浓度为2.5～4摩尔每升的稀盐酸溶液中，超声清洗20～40分钟，将泡沫铜基体从稀盐酸溶液中取出后放入丙酮中，超声清洗8～15分钟后，再将泡沫铜基体从丙酮中取出后放入无水乙醇中超声清洗8～15分钟，取出泡沫铜基体，洗净后在真空条件下干燥备用，干燥温度设定为50～80摄氏度；(2)、按质量比1:120～130准备四水合乙酸钴和去离子水，将四水合乙酸钴溶于去离子水中制成四水合乙酸钴水溶液；(3)、将步骤(1)中得到的泡沫铜基体放入步骤(2)配制的四水合乙酸钴水溶液中，在密闭条件下进行水热反应4～18小时，水热反应后取...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵灵智，廖明娜，
申请(专利权)人：广州彩泓会信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44