一种碱式碳酸铜空心纳米微球及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于二次电池技术领域，具体涉及一种碱式碳酸铜空心纳米微球及其制备方法。本发明专利技术提供的碱式碳酸铜空心纳米微球，所述碱式碳酸铜空心纳米微球的直径为1～2μm，壁厚为80～100nm，表面具有褶皱。该微球结构外观成球形，球内部是中空状态，表面具备纳米花结构，中空的结构极大的增加了材料的比表面积，使得碱式碳酸铜的性能获得了极大的提升。式碳酸铜的性能获得了极大的提升。式碳酸铜的性能获得了极大的提升。

【技术实现步骤摘要】
一种碱式碳酸铜空心纳米微球及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于二次电池
，具体涉及一种碱式碳酸铜空心纳米微球及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]以二次电池为代表的电化学储能技术被广泛应用于大型储能、电动汽车、消费电子等领域，近年来随着对碳排放的重视程度日益加深，人们对二次电池数量的需求和性能要求呈爆发式增长。特别在储能电池领域中，一些非锂离子电池的二次电池体系因为具有较好的安全性和较底的成本而收获了大量的关注。二次电池中电极材料直接决定了电池的性能，其中电极材料的形貌是决定电极材料与电解液接触面积、离子迁移路径以及电化学反应程度的关键因素。
[0003]现有的二次电池体系多为以碱金属和碱土金属阳离子作为载流子进行电荷的传输，对于电极材料的要求较高且成本较高。因此，有必要深入研究开发一种成本低、适于应用的电极材料。

技术实现思路

[0004]本专利技术是基于专利技术人对以下事实和问题的发现和认识做出的：
[0005]碱式碳酸铜用途广泛，可用来制造颜料、烟火、油漆、杀菌剂以及木制防腐剂等，进一步通过改善碱式碳酸铜的形貌可以提高其光、电、磁效应。利用碱式碳酸铜中铜元素的价态变化，可以实现可逆的电化学反应，从而可以制备出基于阴离子载流体的碱式碳酸铜的二次电池。
[0006]使用碱式碳酸铜作为电极材料，以常用的盐和碱作为电解质，水作为溶剂，具有安全性高，成本低廉的优势，在储能电池领域具备极大的应用潜力。另外碱式碳酸铜可以利用碳酸根作为电荷载流体，其本身也含有碳酸根，为消耗和储存CO2提供了新的路径。
[0007]现有的碱式碳酸铜材料形貌多为块体，块体材料有限的比表面积限制了反应的活性区域，使得碱式碳酸铜的电化学反应程度不完全。另外，由于碱式碳酸铜不导电，过大的块体会使得电子无法进出材料的内部，无法及时的进行电荷补偿，同样影响材料的性能。
[0008]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的实施例提出一种碱式碳酸铜空心纳米微球，结构外观成球形，球内部是中空状态，表面具备纳米花结构，中空的结构极大的增加了材料的比表面积，使得碱式碳酸铜的性能获得了极大的提升。
[0009]本专利技术实施例的碱式碳酸铜空心纳米微球，所述碱式碳酸铜空心纳米微球的直径为1～2μm，壁厚为80～100nm，表面具有褶皱。
[0010]本专利技术实施例的碱式碳酸铜空心纳米微球带来的优点和技术效果，1、本专利技术实施例中，该纳米微球内部是中空状态，极大的增加了材料的比表面积，表面具有褶皱，呈纳米花结构，能够增大与电解液的接触面积；2、本专利技术实施例中，该纳米微球的球壁厚度薄，比
表面积大，能够缩短电子扩散和离子迁移的路径，作为电极材料使用具备良好的电化学性能。
[0011]本专利技术实施例还提供了一种碱式碳酸铜空心纳米微球的制备方法，包括以下步骤：
[0012](1)将铜盐和镍盐加入含有油胺的溶剂中，再加入两性表面催化剂，搅拌得到第一溶液；
[0013](2)将氢氧化钠溶于溶剂中，得到第二溶液；
[0014](3)将第二溶液加入第一溶液中，利用微波辅助加热，同时通入CO2气体，反应后分离得到固体产物。
[0015]本专利技术实施例的碱式碳酸铜空心纳米微球的制备方法带来的优点和技术效果，1、本专利技术实施例的方法，先将铜盐和镍盐加入溶剂中，镍离子作为催化剂能够催化铜离子在碱性条件下形成含镍、铜离子的氢氧化物中间体，便于在后续形成空心纳米微球的过程中堆叠形成纳米微球的壁，并在微球的表面形成褶皱；2、本专利技术实施例的方法，在两性离子表面活性剂和微波辅助加热的作用下，形成了特定的中空形貌，使制得的碱式碳酸铜作为电极材料使用时具有良好的电化学性能；3、本专利技术实施例的方法，工艺简单，易于操作，生产效率高，适合在工业生产中的推广应用。
[0016]在一些实施例中，所述步骤(1)中，所述铜盐包括Cu(NO3)2·
2.5H2O、氯化铜的至少一种，所述镍盐包括六水合硝酸镍、氯化镍中的至少一种，所述两性表面活性剂包括天冬氨酸、烷基二甲基磺乙基甜菜碱中的至少一种。
[0017]在一些实施例中，所述步骤(1)中，所述铜盐与镍盐的质量比为20：1～50：1，所述铜盐与两性表面活性剂的质量比为3：1～8：1。
[0018]在一些实施例中，所述步骤(1)中，所述含有油胺的溶剂为水与油胺的混合溶剂；优选地，所述混合溶剂中所述油胺的体积占比为40～60％。
[0019]在一些实施例中，所述步骤(1)中，所述搅拌是在50～70℃下进行1～2h。
[0020]在一些实施例中，所述步骤(2)中，所述第二溶液的浓度为0.03g/mL～0.05g/mL；所述溶剂包含甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇或正丁醇中的至少一种。
[0021]在一些实施例中，所述步骤(3)中，所述微波辅助加热的流程包括先加热至110～130℃，保持2～4h，再加热至150～180℃，保持12～18h。
[0022]在一些实施例中，所述步骤(3)中，还包括采用去离子水和乙醇对固体产物进行洗涤处理。
[0023]本专利技术实施例还提供了上述碱式碳酸铜空心纳米微球或上述制备方法制得的碱式碳酸铜空心纳米微球在电池中的应用。
附图说明
[0024]图1实施例1合成的碱式碳酸铜的形貌；
[0025]图2实施例1合成的碱式碳酸铜的XRD谱图；
[0026]图3实施例2合成的碱式碳酸铜的形貌；
[0027]图4实施例3合成的碱式碳酸铜的形貌；
[0028]图5对比例1合成的碱式碳酸铜的形貌；
[0029]图6对比例2合成的碱式碳酸铜的形貌；
[0030]图7对比例3合成的碱式碳酸铜的形貌；
[0031]图8实施例1合成的碱式碳酸铜的电化学性能曲线图。
具体实施方式
[0032]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0033]本专利技术实施例的碱式碳酸铜空心纳米微球，所述碱式碳酸铜空心纳米微球的直径为1～2μm，壁厚为80～100nm，表面具有褶皱。
[0034]本专利技术实施例的碱式碳酸铜空心纳米微球，该纳米微球内部是中空状态，极大的增加了材料的比表面积，表面具有褶皱，呈纳米花结构，能够增大与电解液的接触面积；该纳米微球的球壁厚度薄，比表面积大，能够缩短电子扩散和离子迁移的路径，作为电极材料使用具备良好的电化学性能。
[0035]本专利技术实施例还提供了一种碱式碳酸铜空心纳米微球的制备方法，包括以下步骤：
[0036](1)将铜盐和镍盐加入含有油胺的溶剂中，再加入两性表面催化剂，搅拌得到第一溶液；
[0037](2)将氢氧化钠溶于溶剂中，得到第二溶液；
[0038](3)将第二溶液加入第一溶液中，利用微波辅助加热，同时通入CO2气体，反应后分离得到固体产本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碱式碳酸铜空心纳米微球，其特征在于，所述碱式碳酸铜空心纳米微球的直径为1～2μm，壁厚为80～100nm，表面具有褶皱。2.一种碱式碳酸铜空心纳米微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将铜盐和镍盐加入含有油胺的溶剂中，再加入两性表面催化剂，搅拌得到第一溶液；(2)将氢氧化钠溶于溶剂中，得到第二溶液；(3)将第二溶液加入第一溶液中，利用微波辅助加热，同时通入CO2气体，反应后分离得到固体产物。3.根据权利要求2所述的碱式碳酸铜空心纳米微球的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述铜盐包括Cu(NO3)2·
2.5H2O、氯化铜的至少一种，所述镍盐包括六水合硝酸镍、氯化镍中的至少一种，所述两性表面活性剂包括天冬氨酸、烷基二甲基磺乙基甜菜碱中的至少一种。4.根据权利要求2或3所述的碱式碳酸铜空心纳米微球的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述铜盐与镍盐的质量比为20：1～50：1；所述铜盐与两性表面活性剂的质量比为3：1～8：1。5.根据权利要求2所述的碱式碳酸铜空心纳米微球的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨超然，刘明义，裴杰，曹曦，朱勇，曹传钊，成前，平小凡，王建星，赵珈卉，刘承皓，
申请(专利权)人：华能澜沧江水电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：