三维网络结构氧化铜纳米线锂离子电池负极材料的制备和性能研究

文章编号:1001-9731(2020)04-04142-06

三维网络结构氧化铜纳米线锂离子电池负极材料的制备

和性能研究*

曹宇光，肖煌，周佳盈，高云,M a n o nD A s s u n c a oL o u r e n c o,

K e v i nP e t e rH o m e w o o d，鲍钰文，夏晓红

(湖北大学材料科学与工程学院，功能材料绿制备与应用教育部重点实验室,

有机化工新材料湖北省协同创新中心，武汉430062)

摘要：通过阳极氧化法和后退火处理在铜箔上合成了三维网络结构氧化铜纳米线，将其作为负极材料制备了无需添加粘结剂的锂离子电池㊂研究了恒压氧化时间对材料形貌和电化学性能的影响㊂在1C的倍率下，氧化1000s制备的C u O纳米线表现出最高的1172m A h/g首圈放电比容量和594m A h/g的可逆比容量,500圈循环可逆比容量为607.6m A h/g，可逆容量保留率为102.3%㊂交联的三维网络结构C u O纳米线相互支撑，提供稳定的结构，有效缓解了C u O纳米线作为锂离子电池负极材料中的体积膨胀问题，表现出了优异的倍率性能和循环寿命㊂

关键词：氧化铜纳米线；阳极氧化；网络结构；无粘结剂；锂离子电池汗译英

中图分类号: T M912.9文献标识码:A D O I:10.3969/j.i s s n.1001-9731.2020.04.024

0引言

刻楦机随着便携式电子设备㊁储能设备和电动汽车的飞速发展，对更小，更轻，容量更大的可移动电池的需求迅速增加[1-3]，基于石墨材料的传统锂离子电池(L I B)已不能满足未来耗能设备不断增长的需求，低容量㊁倍率能力不足的电极材料严重限制了现有电池的能量和功率密度[4-6]㊂开发具有更高能量密度㊁更好倍率性能以及更长使用寿命的新型电极材料成为锂离子电池未来发展的重要方向[7]㊂

过渡金属氧化物具有比石墨(372m A h/g)更高的比容量，是下一代L I B最有潜力的负极材料之一[8-9]㊂C u O作为1种p型半导体，具有带隙窄(1.2e V)[10]㊁理论比容量高(670m A h/g)㊁成本低廉㊁易于合成及环境友好等优势[11-13]，被认为是一种非常具有应用前景的L I B负极材料㊂C u O用作锂离子电池负极材料的工作机理与其他金属氧化物一样，可以概括为:MO+ 2L i++2e-ѳңL i2O+M(M=C u,F e,N i,C o等)㊂在上述电化学转化反应过程中，会因锂嵌入/脱出出现巨大的不均匀体积变化(约174%)，导致活性材料的结构破裂和容量衰减[14-15]，从而表现出较差的循环稳定性[16-18]㊂制备C u O微/纳米结构是解决体积变化问题的有效途径之一[19-20]，如C.W a n g等通过溶液法合成了C u O纳米微球[21];R.Z h a n g等通过电沉积法在铜泡沫上合成了C u O纳米线阵列[22];W.Y a n g等通过电

化学氧化在铜泡沫上包覆三维氧化铜纳米片[23]；这些纳米结构的C u O保持了较高的活性，提供了有效的间隙结构来减轻锂离子嵌入/脱出过程中的体积变化，可以有效改善C u O负极材料的体积变化问题[24-25]㊂目前C u O纳米结构应用于锂离子电池的性能总结如表1所示，电池的循环寿命和比容量还有待进一步提升，开发具有高稳定性，高循环寿命的C u O基锂离子电池具有重要的实际应用价值㊂国际篮球规则

表1各种C u O锂离子电池负极材料的性能比较㊂T a b l e1S u mm a r y o fL I B m a d e f r o m C u Oa n o d em a-t e r i a l s

材料

倍率

施丹丽/电流密度

循环

次数

比容量/

(m A h㊃g-1)

参考

文献牡丹状C u O0.1C200456[15] C u O纳米棒1C100590[17] C u O/MW C N T100m A g-150540[20] C u O纳米微球0.1C50429.0[21] C u O纳米微球445m A g-150400[26]扭曲C u O纳米线100m A g-150320[27]本文采用阳极氧化法及退火处理在铜箔上制备出三维交联结构氧化铜纳米线，将其直接用作锂离子电池负极材料，无须粘结剂和其他任何添加剂，简化了L I B 的组装方法㊂相比于垂直生长纳米线阵列，交错的三维

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02020年第4期(51)卷

*基金项目：湖北省自然科学基金杰出基金资助项目(2019C F A079)撒切尔

山西省国土资源厅

收到初稿日期:2019-11-28收到修改稿日期:2020-02-27

通讯作者：鲍钰文,E-m a i l:b a o y w@h u b u.e d u.c n；夏晓红,E-m a i l:x h x i a@h u b u.e d u.c n

作者简介：曹宇光(1995 )，男，安徽淮南人，硕士研究生，导师夏晓红教授，从事功能氧化物半导体材料及器件研究㊂

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