一种锂离子电池负极及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及锂离子电池制备技术领域，具体涉及一种锂离子电池负极及其制备方法。
【背景技术】
[0002]锂离子电池具有电池电压高、循环寿命长、环境友好等优点，广泛应用于手机、相机、笔记本电脑等各种电子便携设备。但目前商业化锂离子电池负极所采用的碳材料理论比容量只有372mAh/g，且易发生有机溶剂共嵌入，不能满足日益发展的高能量储能系统的需求，因此如今人们都在致力于研究比容量大，循环稳定和倍率性能优良的活性材料。
[0003]目前研究较多的锂离子负极材料包括合金型负极材料和纳米金属氧化物负极材料，合金型负极材料如锡基合金类，这类材料做锂离子电池负极时具有高的比容量，但随着电池充放电次数的增加，材料也会因为相变化导致材料粉化，影响其循环性能;纳米金属氧化物负极材料如三氧化二铁，氧化铜等，这类材料也具有高的比容量，但其首次充放电容量损失比较大，倍率性能普遍较差。
[0004]金属有机框架(MOFs)是一种具有周期性孔状结构的材料，它是由有机配体与金属配体络合形成。其合成方法简单易行，在锂离子电极材料领域显示出了一定的前景。然而MOFs材料导电性较差，在制备电极时需加入大量的导电剂来提高电子导电率。过多导电剂的加入降低了活性材料的比例，不利于电池的轻量化和实际应用。
[0005]传统工艺制作锂离子电池工序繁琐，需要先制备出活性材料，再分别加入粘结剂以及导电剂配置出浆料，涂布在铜片上，而且存在涂布不均匀，活性物质烘干过程中易剥落等问题，容易影响电池的性能。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种以泡沫铜为集流体，对苯二甲酸钴为新型活性材料的锂离子电池负极，使用本发明提供的锂离子电池负极制备方法相比于传统工艺简单，同时可使锂离子电池较传统工艺制备的电池循环稳定，充放电性能也有明显提升O
[0007]为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
[0008](— )一种锂离子电池负极，其特征在于，泡沫铜片为集流体，对苯二甲酸钴为活性物质，所述泡沫铜片的表面及孔隙中原位生长有所述活性物质。
[0009]优选地，以泡沫铜片的表面积为计量单位，每平方厘米泡沫铜片上活性物质的质量为0.5?4.5mg。
[0010](二)一种锂离子电池负极，其特征在于，包括以下原料组分:泡沫铜片、对苯二甲酸、六水合硝酸钴、N，N-二甲基甲酰胺、无水乙醇和去离子水。
[0011]优选地，所述对苯二甲酸与六水合硝酸钴的摩尔比为1:1?1:4，对苯二甲酸的摩尔浓度为1.75mg/ml。
[0012]优选地，所述N，N_ 二甲基甲酰胺、无水乙醇与去离子水的体积比为1:1:1?1:2:3。
[0013](三)一种锂离子电池负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0014]步骤(I)，预处理泡沫铜片:将孔隙率为95?98%的泡沫铜基体用滚压机在2?20MPa压力下进行压实处理，然后用盐酸洗涤泡沫铜片，再用无水乙醇洗涤泡沫铜片，并置于保护气氛中，50?70°C烘干，备用；
[0015]步骤(2)，称量N，N_ 二甲基甲酰胺、无水乙醇与去离子水，记为溶剂;称量对苯二甲酸、六水合硝酸钴，记为活性反应物质;并在室温下向具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热反应釜中依次加入溶剂和活性反应物质，搅拌0.5?2h;
[0016]步骤(3)，将经过预处理后的泡沫铜片打孔，并浸入不锈钢水热反应釜内部，密封反应釜，并将不锈钢水热反应釜放置于程序控温电热鼓风干燥箱中，控温反应，反应温度为90?160°C，反应时间为I?4天；
[0017]步骤(4)，反应结束后，将程序控温电热鼓风干燥箱降至室温，取出泡沫铜片，用蒸馏水和无水乙醇洗涤，并真空干燥，即得。
[0018]优选地，步骤(I)中，保护气氛为氩气或氮气或氩气与氮气的混合气体。
[0019]优选地，步骤(3)中，泡沫铜片是以悬挂的方式浸入不锈钢水热反应釜内部。
[0020]优选地，步骤(4)中，反应结束后，程序控温电热鼓风干燥箱按照降温速率3?10°C/h降至室温。
[0021 ]优选地，步骤(4)中，真空干燥的温度为30?100°C，真空干燥的时间为6?12h。
[0022]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0023]泡沫铜片是一种在铜基体中均匀分布着大量连通或不连通孔洞的材料，具有轻质，大比表面积，导电性能好等特点，可用作锂离子电池集流体。本发明采用泡沫铜片作为锂离子电池负极的集流体，以对苯二甲酸钴作为活性物质，采用一步水热合成法制备锂离子电池负极。首先对泡沫铜片进行预处理，用盐酸无水乙醇洗涤，洗掉泡沫铜片表面的氧化层，使得对苯二甲酸钴活性物质在合成过程中就能更容易地直接生长在泡沫铜片表面及孔隙间，避免活性物质在后续过程中由于后续处理不当而影响其活性，也无需再使用粘结剂和导电剂，减省了操作工艺。与传统的涂布技术相比，本发明方法简单易行，制作成本低，且制成的锂离子电池质量较轻，循环稳定，比容量较高(使用传统涂布方法制成的电池比容量在600mAhg—1左右，使用本发明方法制成的电池比容量可达至lj900mAhg—1左右)。
【附图说明】
[0024]以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
[0025]图1为实施例1得到的对苯二酸钴/泡沫铜片锂离子电池负极的高倍扫描电镜图。
[0026]图2为实施例1得到的对苯二酸钴/泡沫铜片锂离子电池负极的低倍扫描电镜图。
[0027]图3为实施例1得到的对苯二酸钴/泡沫铜片锂离子电池负极的充放电曲线图，其中，1、2、5、30表示循环次数，横坐标为比容量，纵坐标为电压。
[0028]图4为实施例1得到的对苯二酸钴/泡沫铜片锂离子电池负极的比容量-循环图，横坐标为循环次数，纵坐标为比容量。
【具体实施方式】
[0029]为了更好地阐述本发明，下面结合实施例进一步叙述本发明的内容，但本发明并不局限于下面的实施例。
[0030]实施例1
[0031](I)预处理泡沫铜片:将孔隙率为95?98%的泡沫铜基体用滚压机在1MPa压力下进行压实处理，然后用盐酸洗涤泡沫铜片，再用无水乙醇洗涤泡沫铜片，并置于保护气氛中，60°C烘干，备用；
[0032](2)在室温下量取30ml N，N_二甲基甲酰胺、20ml无水乙醇和1ml蒸馏水(体积比为3: 2:1)，记为溶剂;在室温下称取0.105g对苯二甲酸、0.375g六水合硝酸钴(摩尔比为1:2)，记为活性反应物质；并将溶剂和活性反应物质依次加入具有聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热反应釜中，搅拌Ih;
[0033](3)将经过预处理后的泡沫铜片打孔，并浸入不锈钢水热反应釜内部，密封反应釜，并将不锈钢水热反应釜放置于程序控温电热鼓风干燥箱中，110°c条件下保温2.75天；
[0034](4)反应结束后，以3°C/h的降温速率将程序控温电热鼓风干燥箱降到室温，取出泡沫铜片，用蒸馏水和无水乙醇洗涤，30°C条件下真空干燥12h，即得。
[0035]实施例2
[0036](I)预处理泡沫铜片:将孔隙率为95?98%的泡沫铜基体用滚压机在1MPa压力下进行压实处理，然后用盐酸洗涤泡沫铜片，再用无水乙醇洗涤泡沫铜片，并置于保护气氛中，60°C烘干，备用；
[0037](2)在室温下量取30ml N，N-二甲基甲酰胺、1ml无水乙醇和1ml蒸馏水(体积比为3:1:1)，记为溶剂;在室温下称取0.105g对苯二甲酸、0.375g六水合硝酸钴(摩尔比为1:2)，记为活性反应物