CN103288125B - CuGeO3锂离子电池阳极材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CuGeO₃锂离子电池阳极材料的制备方法，包括以下步骤：1）按照1：1的摩尔比称取GeO₂ 和Cu(CH₃COO)₂·H₂O溶于去离子水中，搅拌配成混合溶液；2）将铜片***到步骤1）得到的混合溶液中，在150~220℃下水热反应15~30小时，得到生长有CuGeO₃纳米粒子的铜片；3）冲洗干燥步骤2）得到的生长有CuGeO₃纳米粒子的铜片，得到CuGeO₃锂离子电池阳极材料。本发明制备的CuGeO₃锂离子电池阳极材料具有很高的锂离子的嵌入量和很好的脱嵌可逆性，不但可以提高电池的实际容量，而且可以大大地延长循环使用寿命。

Description

CuGeO3锂离子电池阳极材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池阳极材料的制备方法，特别涉及一种CuGeO₃锂离子电池阳极材料的制备方法。

背景技术

自1859年Gaston Plante提出铅-酸电池概念以来，化学电源界一直在探索新的高比能量、循环寿命长的二次电池。1990年日本SONY公司率先研制成功并实现商品化的锂离子电池，在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等多方面展示了广阔的应用前景和潜在的巨大经济效益, 迅速成为近几年广为关注的研究热点。

开发锂离子电池的关键之一是寻找合适的阳极材料，使电池具有足够高的锂嵌入量和很好的锂脱嵌可逆性，以保证电池的高电压、大容量和长循环寿命。碳材料因具有较高的比容量已在商业锂离子电池中得到应用，并展示出良好的电化学行为，但仍然存在理论容量低的缺陷。自从P. Poizot等报道了以其他过渡金属氧化物如FeO、CoO、MoO、Cu₂O等作为锂离子二次电池阳极材料的电化学性能以来，其他过渡金属氧化物也逐渐成为研究的热点，而且这些材料表现出较高的质量比容量。然而锂离子电池能否成功应用，关键在于能可逆地嵌入脱嵌锂离子的阳极材料的制备。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种CuGeO₃锂离子电池阳极材料的制备方法，制备的CuGeO₃锂离子电池阳极材料能够实现电池的高容量充放电，并且循环寿命长。

本发明的CuGeO₃锂离子电池阳极材料的制备方法，包括以下步骤：

1）按照1：1的摩尔比称取GeO₂ 和Cu(CH₃COO)₂·H₂O溶于去离子水中，搅拌配成混合溶液；

2）将铜片***到步骤1）得到的混合溶液中，在150~220℃下水热反应15~30小时，得到生长有CuGeO₃纳米粒子的铜片；

3）冲洗干燥步骤2）得到的生长有CuGeO₃纳米粒子的铜片，得到CuGeO₃锂离子电池阳极材料。

进一步，所述步骤2）中，先用稀盐酸清洗去除铜片表面的氧化层，再将铜片***到步骤1）得到的混合溶液中。

进一步，所述步骤2）中，水热反应温度为180℃，反应时间为24小时。

本发明的有益效果在于：本发明利用水热反应的方法直接在铜片上生长CuGeO₃纳米粒子，CuGeO₃和铜片附着性好，而且表面形成了大量的微观孔洞，从而更加有利于锂离子的嵌入量和很好的脱嵌可逆性，因此将其作为锂离子电池阳极材料，不但可以提高电池的实际容量，而且可以大大地延长循环使用寿命；本发明制备的CuGeO₃锂离子电池阳极材料能够实现电池的长寿命、高容量，能够用于各种电子器件的理想锂离子电池。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为实施例1和实施例2制备得到的CuGeO₃锂离子电池阳极材料的XRD图；

图2为实施例1和实施例2制备得到的CuGeO₃锂离子电池阳极材料的SEM平面及截面图；

图3为实施例1和实施例2的两个钮扣式锂离子电池的CV曲线；

图4为实施例1和实施例2的两个钮扣式锂离子电池的前三次充放电循环曲线；

图5为实施例1和实施例2的两个钮扣式锂离子电池在不同放电倍率下的容量——循环次数曲线；

图6为实施例1和实施例2的两个钮扣式锂离子电池在同一放电倍率下的容量——循环次数曲线；

图7为实施例1和实施例2的两个钮扣式锂离子电池在充放电前和充放电后的impedance曲线。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

实施例1

实施例1的CuGeO₃锂离子电池阳极材料的制备方法，包括以下步骤：

1）称取0.002 mol的GeO₂ （纯度 ≥ 99.99%）和0.002 mol的Cu(CH₃COO)₂·H₂O （纯度 ≥ 99%），溶于40 ml去离子水中，搅拌配成混合溶液；

2）先用稀盐酸清洗去除铜片表面的氧化层，再将铜片***到步骤1）得到的混合溶液中，在180℃下水热反应24小时，得到生长有CuGeO₃纳米粒子的铜片；

3）冲洗干燥步骤2）得到的生长有CuGeO₃纳米粒子的铜片，得到CuGeO₃锂离子电池阳极材料。

实施例2

实施例2的CuGeO₃锂离子电池阳极材料的制备方法，包括以下步骤：

1）称取0.002 mol的GeO₂ （纯度 ≥ 99.99%）和0.002 mol的Cu(CH₃COO)₂·H₂O （纯度 ≥ 99%），溶于40 ml去离子水中，搅拌配成混合溶液；

2）先用稀盐酸清洗去除铜片表面的氧化层，再将铜片***到步骤1）得到的混合溶液中，在200℃下水热反应24小时，得到生长有CuGeO₃纳米粒子的铜片；

3）冲洗干燥步骤2）得到的生长有CuGeO₃纳米粒子的铜片，得到CuGeO₃锂离子电池阳极材料。

图1为实施例1和实施例2制备得到的CuGeO₃锂离子电池阳极材料的XRD图，如图1所示，可以看出，两种反应温度生成的CuGeO₃的结晶程度都比较良好。

图2为实施例1和实施例2制备得到的CuGeO₃锂离子电池阳极材料的SEM平面及截面图，如图2所示，图2(a)和(b)为实施例1的SEM图，图2(c)和(d)为实施例2的SEM图，图(e)和(f)为其截面图。可见，实施例1生成的颗粒比实施例2生成的颗粒要疏松。

分别将实施例1和实施例2制备得到的CuGeO₃锂离子电池阳极材料作为工作电极，锂片作为对电极，制备成两个钮扣式锂离子电池。

图3为两个钮扣式锂离子电池的CV曲线，如图3所示，实施例1的氧化还原峰比实施例2的要明显得多，说明其锂离子的传输要更加畅通。

图4为两个钮扣式锂离子电池的前三次充放电循环曲线，如图4所示，可见，实施例1几乎没有衰减，而实施例2的容量衰减比较明显。

图5为两个钮扣式锂离子电池在不同放电倍率下的容量——循环次数曲线，如图5所示，实施例2在每一个充放电电流密度下的容量比实施例1的要略小。

图6为两个钮扣式锂离子电池在同一放电倍率下的容量——循环次数曲线，如图6所示，实施例1的容量要明显高于实施例2的容量。

图7为两个钮扣式锂离子电池在充放电前和充放电后的impedance曲线，如图7所示，实施例1在充放电后阻抗明显小于充放电之前的阻抗，而实施例2在充放电之后的阻抗明显大于充放电之前的。

通过上述实验可以证明，实施例1和实施例2通过水热反应的方法直接在铜片上生长CuGeO₃纳米粒子，而且表面形成了大量的微观孔洞，从而更加有利于锂离子的嵌入量和很好的脱嵌可逆性，将其作为锂离子电池阳极材料，提高了电池的实际容量，延长了电池的循环使用寿命。

本发明中，通过控制不同水热反应温度，可以控制生成的CuGeO₃纳米粒子的大小，水热反应温度可以为150~220℃，优选180℃，反应时间可以为15~30小时，优选24小时。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (1)

1.一种CuGeO₃锂离子电池阳极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）按照1：1的摩尔比称取GeO₂ 和Cu(CH₃COO)₂·H₂O溶于去离子水中，搅拌配成混合溶液；

2）用稀盐酸清洗去除铜片表面的氧化层，再将铜片***到步骤1）得到的混合溶液中，在180℃下水热反应24小时，得到生长有CuGeO₃纳米粒子的铜片；

 3）冲洗干燥步骤2）得到的生长有CuGeO₃纳米粒子的铜片，得到CuGeO₃锂离子电池阳极材料。