氧化铜纳米线阵列在室温下的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，特别涉及氧化铜纳米线阵列在室温下的制备方法。
【背景技术】
[0002]锂离子电池由于具有高能量密度、输出电压高、无记忆效应的优点而被广泛应用于摄像机、手机、笔记本电脑等小型移动电子产品领域，而且在动力电及储能电池等领域也表现出令人瞩目的发展前景。目前商用的锂电负极材料主要是石墨，但是石墨充放电平台低，有安全隐患。因此必须探索其它容量高，安全性和倍率性能好的锂电负极材料。
[0003]氧化铜具有较高的理论比容量(67411^1^-1)，导电性好且成本低廉，作为锂电负极材料研究较热。尤其是纳米线阵列，更适合作为高倍率快速充放电电极材料。因为每根纳米线间有空隙，这些空隙有利于锂离子的传输和释放电极材料膨胀体积，可以实现快速充放电的同时保持良好的循环稳定性。目前制备纳米线阵列的方法有:1，高温(200度以上)热氧化铜基片;2，溶液生长氢氧化铜，随后高温(200度以上)氧化Cu(OH)2纳米线阵列成为CuO纳米线阵列。这两方法都涉及高温氧化过程，在高温氧化过程中，会使纳米线长粗，线间的空隙变窄，这两个变化不利于离子传输和保持结构稳定性。因为当纳米线变粗时，因离子插入电极而导致的累计应力变大，会使电极微观结构坍塌，电池容量循环不可逆。
[0004]针对上述问题，本发明提出室温制备氧化铜纳米线阵列技术，所得到的纳米线直径小(Snm)，且线间的空隙大，作为锂离子电池电极材料具有良好的比容量和循环稳定性會K。
【发明内容】
[0005]为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供氧化铜纳米线阵列在室温环境下的制备方法，采用本方法能够减小纳米线阵列中纳米线的直径和增大线间的空隙，且避免不必要的高温加热过程，具有操作简单、可重复性高、成本低廉的特点。
[0006]为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为:
[0007]氧化铜纳米线阵列在室温环境下的制备方法，其步骤为:
[0008]S1、取面积为1-1Ocm2的铜片，用0.1M的盐酸进行洗涤，洗涤后用水冲洗干净，然后吹干；
[0009]S2、取200ml水、Iml的质量浓度为28%的氨水和40mg的NaOH进行混合，获得混合液；
[0010]S3、反应温度为室温的条件下，将铜片置于上述混合液中浸泡96小时，获得黑色铜片;
[0011]S4、将上述黑色铜片取出，用水洗净，然后吹干，获得氧化铜纳米线阵列。
[0012]所述室温为在温度为15_45°C条件下。
[0013]本发明的工作原理为:
[0014]本发明的制备原理是氨基和铜片先在母液中生成Cu(NH3)42+，随后被羟基和室温作用瞬时生成CuO纳米线，并长于铜片。
[0015]本发明的有益效果为:
[0016]本发明能提高氧化铜的比容量和循环稳定性。基于:纳米线的直径变短，空隙变大，有利于离子扩散和缓解膨胀体积释放，从而嵌入更多锂离子;纳米线的直径变短，会使电极累计膨胀应力小，有利于提高结构稳定性。
[0017]本方法的创新点在于，室温下一步形成氧化铜纳米线阵列于铜基片上，不需要后续高温氧化过程，这一点区别与其它方法。本发明的制备方法具有可重复性强，成本低，对环境无污染的特点。利用本方法制备的氧化铜纳米线阵列作为锂电池的负极材料，能够克服氧化铜电池容量低、倍率性能差的问题，具有循环稳定性强、电池容量高的特点。本方法具有可重复性高和成本低廉的特点。
【附图说明】
[0018]图1是本发明的实施例1到4中制备的氧化铜纳米线阵列的XRD图。
[0019]图2(a)和图2(b)是本发明的实施例1到4中制备的氧化铜纳米线阵列的SEM图。
[0020]图3(a)是本发明的实施例1到4中制备的氧化铜纳米线阵列作为锂离子电池负极材料的充电比容量图。
[0021]图3(b)是本发明的实施例1到4中制备的氧化铜纳米线阵列作为锂离子电池负极材料的循环稳定性图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
[0023]参见附图，本发明为氧化铜纳米线阵列在室温环境下的制备方法，其步骤为:
[0024]S1、取面积为1-1Ocm2的铜片，用0.1M的盐酸进行洗涤，洗涤后用水冲洗干净，然后吹干；
[0025]S2、取200ml水、Iml的质量浓度为28%的氨水和40mg的NaOH进行混合，获得混合液；
[0026]S3、反应温度为室温的条件下，将铜片置于上述混合液中浸泡96小时，获得黑色铜片;
[0027]S4、将上述黑色铜片取出，用水洗净，然后吹干，获得氧化铜纳米线阵列。
[0028]所述室温为在温度为15_45°C条件下。
[0029]实施例1采用本方法制备氧化铜纳米线阵列
[0030]S1、取面积为Icm2的铜片，用0.1M(“M”为“mol/L”)的盐酸进行洗涤，洗涤后用水冲洗干净，然后吹干。
[0031]S2、取200ml水、Iml的质量浓度为28%的氨水和40mg的NaOH进行混合，获得混合液。
[0032]S3、反应温度为15°C的条件下，将铜片置于上述混合液中浸泡96小时，获得黑色铜片。
[0033]S4、将上述黑色铜片取出，用水洗净，然后吹干，获得氧化铜纳米线阵列。
[0034]实施例2采用本方法制备氧化铜纳米线阵列
[0035]S1、取面积为2cm2的铜片，用0.1M( “Μ”为“mol/L” )的盐酸进行洗涤，洗涤后用水冲洗干净，然后吹干。
[0036]S2、取200ml水、Iml的质量浓度为28%的氨水和40mg的NaOH进行混合，获得混合液。
[0037]S3、反应温度为20°C的条件下，将铜片置于上述混合液中浸泡96小时，获得黑色铜片。
[0038]S4、将上述黑色铜片取出，用水洗净，然后吹干，获得氧化铜纳米线阵列。
[0039]实施例3采用本方法制备氧化铜纳米线阵列
[0040]S1、取面积为5cm2的铜片，用0.1M( “Μ”为“mol/L” )的盐酸进行洗涤，洗涤后用水冲洗干净，然后吹干。
[0041 ] S2、取200ml水、Iml的质量浓度为28%的氨水和40mg的NaOH进行混合，获得混合液。
[0042]S3、反应温度为30°C的条件下，将铜片置于上述混合液中浸泡96小时，获得黑色铜片。
[0043]S4、将上述黑色铜片取出，用水洗净，然后吹干，获得氧化铜纳米线阵列。
[0044]实施例4采用本方法制备氧化铜纳米线阵列
[0045]S1、取面积为1cm2的铜片，用0.1M(“M”为“mol/L”)的盐酸进行洗涤，洗涤后用水冲洗干净，然后吹干。
[0046]S2、取200ml水、Iml的质量浓度为28%的氨水和40mg的NaOH进行混合，获得混合液。
[0047]S3、反应温度为45°C的条件下，将铜片置于上述混合液中浸泡96小时，获得黑色铜片。
[0048]S4、将上述黑色铜片取出，用水洗净，然后吹干，获得氧化铜纳米线阵列。
[0049]参见附图，图1为实施例1到4中制备的氧化铜纳米线阵列的XRD图。图中，横坐标是角度，单位为°;纵坐标是相对强度，单位为(a.U.)。从图中看出，得到了氧化铜和铜片复合的材料，它们各自的特征峰见图。
[0050]图2(a)和图2(b)为实施例1到4中制备的氧化铜纳米线阵列的SEM图。其中氧化铜纳米线的直径在Snm左右，它们同向生长成阵列分布，且线之间的空隙较大。
[0051]图3(a)为实施例1到4中制备的氧化铜纳米线阵列作为锂离子电池负极材料的充电比容量图。图中，横坐标是比容量，单位为mAh/g;纵坐标是电压，单位为V。由图中可看出第一次，第二次和第一百次的放电比容量分别高达752mAh/g、640mAh/g、636mAh/g，且充放电时间短，具备一定的平台。
[0052]图3(b)为实施例1到4中制备的氧化铜纳米线阵列作为锂离子电池负极材料的循环稳定性图。图中，横坐标是循环次数，单位次;纵坐标是比容量，单位为mAh/g。
[0053]本发明并不局限上述所列举的【具体实施方式】，本领域的技术人员可以根据本发明工作原理和上面给出的【具体实施方式】，可以做出各种等同的修改、等同的替换、部件增减和重新组合，从而构成更多新的实施方式。
【主权项】
1.氧化铜纳米线阵列在室温下的制备方法，其特征在于，其步骤为:51、取面积为1-1Ocm2的铜片，用0.1M的盐酸进行洗涤，洗涤后用水冲洗干净，然后吹干；52、取200ml水、Iml的质量浓度为28%的氨水和40mg的NaOH进行混合，获得混合液； 53、反应温度为室温的条件下，将铜片置于上述混合液中浸泡96小时，获得黑色铜片； 54、将上述黑色铜片取出，用水洗净，然后吹干，获得氧化铜纳米线阵列。2.根据权利要求1所述的氧化铜纳米线阵列在室温环境下的制备方法，其特征在于:所述室温为在温度为15-45°C条件下。
【专利摘要】氧化铜纳米线阵列在室温下的制备方法，其步骤为：取铜片，用盐酸进行洗涤，洗涤后用水冲洗干净，然后吹干；取氨水和NaOH与水进行混合，获得混合液；反应温度为室温的条件下，将铜片置于上述混合液中浸泡，获得黑色铜片；将上述黑色铜片用水洗净，然后吹干，获得氧化铜纳米线阵列；本发明的制备原理是氨基和铜片先在母液中生成Cu(NH3)42+，随后被羟基和室温作用瞬时生成CuO纳米线，并长于铜片，采用本方法能够减小纳米线阵列中纳米线的直径和增大线间的空隙，且避免不必要的高温加热过程，具有操作简单、可重复性高、成本低廉的特点。
【IPC分类】H01M4/1391, H01M4/48, B82Y30/00, H01M10/0525
【公开号】CN105514406
【申请号】CN201610098628
【发明人】郑鹏, 刘婷, 郭守武
【申请人】陕西科技大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2016年2月23日