CN105609761A - 一种CuCl/Cu复合材料的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种CuCl/Cu复合材料的应用，属于新能源材料的开发与研究领域；本发明主要通过一步阳极氧化方法在金属铜集流体表面原位沉积一层不溶于水的立方晶相的氯化亚铜活性物质，然后在充满高纯氩气的手套箱内与锂箔组装成扣式模拟锂离子电池。本发明通过原位生长的方法将同源物质---铜集流体与氯化亚铜巧妙而紧密地结合在一起，该电极材料不仅比表面积大，而且与铜集流体结合紧密，有助于减小接触电阻。与传统涂覆式工艺相比，该工艺操作简单，环境友好，易于放大，更为重要的是，有助于缓解活性物质在长期充/放电过程中的脱落现象，并提高了锂离子电池的倍率放电性能与充/放电循环性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种CuCl/Cu复合材料的应用，具体涉及一种CuCl/Cu复合材料在锂离子电池中的应用，属于新能源材料的开发与研究领域。
背景技术
锂离子电池是一种高效率、高能量密度的绿色储能装置，已经被广泛应用于可移动电子设备。电极材料是锂离子电池的关键部件之一，与锂离子电池的性能休戚相关，是研究热点之一。
传统锂离子电池的电极制备工艺为物理涂抹工艺，即将活性物质与导电剂（乙炔黑）、粘结剂（PVDF）以一定比例均匀混合成电极浆料，并直接涂覆在集流体表面而成。基于传统电极工艺制备的电极在长期循环充/放电过程中，往往因为活性物质与集流体之间结合不够紧密而粉化脱落并降低电极的循环充/放电寿命，因此有必要开发新型电极制备工艺。
氯化亚铜，作为一种重要的有机合成催化剂，在石油化学工业、冶金工业、医药化学工业等众多行业中具有广泛的应用，但至今还没有被用作锂离子电池电极材料的相关文献报道。
发明内容
本发明的目的在于提供CuCl/Cu复合材料的应用，具体的，将CuCl/Cu复合材料用作锂离子电池的工作电极，其中对电极、参比电极、隔膜、电解液均为本领域制备锂离子电池过程中的常规选择。
优选的，本发明所述CuCl/Cu复合材料在制备锂离子电池时，可以无需添加额外的导电剂和粘结剂。
优选的，本发明采用一步阳极氧化法在金属铜集流体表面原位生长一层不溶于水的具有立方晶相的新型复合材料CuCl/Cu，具体包括以下步骤：以金属铜集流体为工作电极，以铂片为对电极，以含有Cl-的盐溶液为电解液，在铜集流体表面阳极氧化60～600s，冲洗干净并真空干燥后得新型复合电极材料。
优选的，本发明所述的铜集流体为铜箔集流体、泡沫铜集流体或铜纳米线集流体。
优选的，本发明所述含Cl-的盐溶液为氯化钠溶液、氯化钾溶液或氯化铜溶液，盐溶液中Cl-的浓度为0.01～0.1mol/L。
优选的，本发明所述真空干燥温度为25～50℃。
优选的，本发明所述含Cl-的盐溶液的pH=5～7。
借助扫描电子显微镜（SEM）、X射线能量色散光谱仪（EDX）以及X射线衍射仪（XRD）对所制备的CuCl/Cu电极材料的微观结构进行表征，如图1、图2、图3所示；这些结果清楚地表明了所得到的样品确实为立方型氯化亚铜/铜复合材料。
本发明的优点与效果：
本发明采用一步阳极氧化法在金属铜集流体表面原位生长了一层新型不溶于水的具有立方晶相的氯化亚铜（CuCl）电极活性材料，得到CuCl/Cu复合电极材料。这种复合电极优异的电化学性能可以归结于以下几个方面：（1）与传统含粘结剂的电极相比，这种复合电极的制备方法可以使活性物质暴露出更多的活性位点参与电极反应，提高电极的放电比容量；（2）利用原位方法制备的复合材料能最大限度的使活性物质与集流体牢固结合，以达到长期循环过程中电极材料不易脱落的目的，有利于提高电极的循环稳定性。该复合电极的首次放电比容量为103.1mAh/g，并且随着电极的逐步活化，电极的放电比容量进一步增大，循环至50次时，电极的放电比容量增加到215.6mAh/g，表现了良好的充放电循环稳定性。
附图说明
图1分别为放大（a）3万倍与(b)6万倍的复合电极材料CuCl/Cu的SEM图
图2为所制备的复合电极材料CuCl/Cu的EDX谱；
图3为所制备的复合电极材料CuCl/Cu的XRD谱；
图4为实施例2所制备的复合电极材料CuCl/Cu的充/放电曲线；
图5为实施例2所制备的复合电极材料CuCl/Cu的循环充/放电稳定性；
图6为实施例6所制备的复合电极材料CuCl/Cu的充/放电曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
以pH=5的0.1mol/L氯化钠水溶液为电解质溶液，以铜箔为工作电极，以铂片为对电极，恒流（5mA/cm2）阳极氧化60s，冲洗干净并真空25℃干燥后，得到CuCl/Cu复合材料。
直接以所制备的CuCl/Cu复合材料为工作电极，以锂箔为对电极和参比电极，以Celgard2500膜为隔膜，以含1MLiPF6的碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯（DMC）的混合液为电解液，其中，EC、DEC和DMC的体积比为1:1:1，然后在充满高纯氩气的手套箱内与锂箔组装成扣式模拟锂离子电池，并以恒流充/放电的方法测试其充/放电性能及循环稳定性。
实施例2
以pH=5的0.1mol/L氯化钠水溶液为电解质溶液，以铜箔为工作电极，以铂片为对电极，恒流（5mA/cm2）阳极氧化120s，冲洗干净并真空25℃干燥后得到CuCl/Cu复合材料。
不添加额外的导电剂和粘结剂，直接以CuCl/Cu复合材料为工作电极，以锂箔为对电极和参比电极，以Celgard2400膜为隔膜，以含1MLiPF6的碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合液为电解液，其中，EC和DEC的体积比为1:1，然后在充满高纯氩气的手套箱内与锂箔组装成扣式模拟锂离子电池，并以恒流充/放电的方法测试其充/放电性（图4）能及循环稳定性（图5），由图可以看出，该复合电极的首次放电比容量为103.1mAh/g，且随着电极的逐步活化，电极放电比容量缓慢增长，循环至50次时，放电比容量增加到215.6mAh/g。
实施例3
以pH=7的0.06mol/L氯化钾水溶液为电解质溶液，其中工作电极是的铜箔，对电极为铂片电极，恒流（5mA/cm2）阳极氧化240s，冲洗干净并真空40℃干燥后得到CuCl/Cu复合材料。
不添加额外的导电剂和粘结剂，直接以CuCl/Cu复合材料为工作电极，以锂箔为对电极和参比电极，以Celgard2325膜为隔膜，以含1MLiPF6的碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯（DMC）的混合液为电解液，其中EC、DEC和DMC的体积比为1:1:1，在充满高纯氩气的手套箱中组装扣式模拟锂离子电池，并以恒流充/放电的方法测试其充/放电性能及循环稳定性。
实施例4
以pH=5的0.05mol/L氯化钠水溶液为电解液，以铜箔为工作电极，铂片为对电极，恒流（2.5mA/cm2）阳极氧化360s，冲洗干净并真空50℃干燥后得到CuCl/Cu复合材料。
不添加额外的导电剂和粘结剂，直接以CuCl/Cu复合材料为工作电极，以Celgard2400膜为隔膜，以含1MLiPF6的碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合液为电解液，其中，EC和DEC的体积比为1:1，然后在充满高纯氩气的手套箱内与锂箔组装成扣式模拟锂离子电池，并以恒流充/放电的方法测试其充/放电性能及循环稳定性。
实施例5
以pH=7的0.01mol/L氯化铜水溶液为电解液，以泡沫铜为工作电极的，铂片为对电极，恒流（0.5mA/cm2）阳极氧化600s，冲洗干净并真空45℃干燥后得到CuCl/Cu复合材料。
不添加额外的导电剂和粘结剂，直接以CuCl/Cu复合材料为工作电极，以锂箔为对电极和参比电极，以Celgard2500膜为隔膜，以含1MLiPF6的碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯（DMC）的混合液为电解液，其中EC、DEC、DMC的体积比为1:1:1，然后在充满高纯氩气的手套箱内与锂箔组装成扣式模拟锂离子电池，并以恒流充/放电的方法测试其充/放电性能及循环稳定性。
实施例6
以pH=5的0.08mol/L氯化钠水溶液为电解液，以铜箔为工作电极，铂片为对电极，恒流（0.5mA/cm2）阳极氧化100s，冲洗干净并真空30℃干燥后得到CuCl/Cu复合材料。
不添加额外的导电剂和粘结剂，直接以CuCl/Cu复合材料为工作电极，以锂箔为对电极和参比电极，以Celgard2400膜为隔膜，以含1MLiPF6的碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合液为电解液，其中，EC和DEC的体积比为1:1，然后在充满高纯氩气的手套箱内与锂箔组装成扣式模拟锂离子电池，并以恒流充/放电的方法测试其充/放电性能（图6）及循环稳定性，由图可知，电池仍存在活化的过程，电池放电比容量由初始的63.4mAh/g增长到50次放电时的161.2mAh/g。
Claims (7)
1.一种CuCl/Cu复合材料的应用，其特征在于：CuCl/Cu复合材料用作锂离子电池的工作电极。
2.根据权利要求1所述的CuCl/Cu复合材料的应用，其特征在于：制备锂离子电池过程中无需添加额外的导电剂和粘结剂。
3.根据权利要求1或2所述的CuCl/Cu复合材料的应用，其特征在于：以金属铜集流体为工作电极，以铂片为对电极，以含有Cl-的盐溶液为电解液，在铜集流体表面阳极氧化60～600s，冲洗干净并真空干燥后得CuCl/Cu复合材料。
4.根据权利要求3所述的CuCl/Cu复合材料的应用，其特征在于：所述的铜集流体为铜箔集流体、泡沫铜集流体或铜纳米线集流体。
5.根据权利要求3所述的CuCl/Cu复合材料的应用，其特征在于：所述含Cl-的盐溶液为氯化钠溶液、氯化钾溶液或氯化铜溶液，盐溶液中Cl-的浓度为0.01～0.1mol/L。
6.根据权利要求3所述的CuCl/Cu复合材料的应用，其特征在于：所述真空干燥温度为25～50℃。
7.根据权利要求5所述的CuCl/Cu复合材料的应用，其特征在于：所述含Cl-的盐溶液的pH=5～7。
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