泡沫铜/碳纳米相复合锂离子电池负极材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种泡沫铜/碳纳米相复合锂离子电池负极材料的制备方法。该方法包括：以NaCl颗粒与电解铜粉经混合、成坯、烧结和溶出，在氢气保护下还原得泡沫铜；泡沫铜浸入以硝酸镍与硝酸钇或者硝酸钴配制成催化剂溶液中，经煅烧得到负载催化剂前驱体的泡沫铜；再经还原、在乙炔中生长制得泡沫铜/碳纳米相复合电极材料。本发明优点，采用孔隙率及孔径可控的泡沫铜为集流体，通过控制催化剂的掺杂及生长工艺等，直接在泡沫铜集流体上生长出了质量好和纯度高的不同形貌的碳纳米相，该方法制备过程制备工艺简单，易于实现和推广，该复合负极材料制备成本低，电化学性能优良。

主权项

一种泡沫铜/碳纳米相复合锂离子电池负极材料的制备方法，其中碳纳米相包括碳纳米管、单双螺旋碳纳米纤维和面条状碳纳米纤维，其特征在于包括以下过程：1）泡沫铜的制备（1）将平均粒径0.5mm的NaCl颗粒在球料比为1:（1~20），转速为100~500rpm，球磨时间为10~90min的条件下进行球磨，得到粒径为40~110µm的NaCl颗粒； （2）将步骤（1）处理的NaCl颗粒与200目电解铜粉按照质量比为1：（0.24~1.37）及无水乙醇放入V型滚筒式混料机中，转速为80r/min，混合时间为1‑4h，然后取NaCl与铜粉的混合物装入尺寸为Φ12×0.34mm³的压制模具中，单向加压至300MPa获得坯料；（3）将步骤（2）制得的坯料置于的管式炉中，以流速为150~300mL/min通入氩气，同时以升温速率为3~10℃/min升温至740~780℃烧结1~3h，然后在以升温速率为3~10℃/min再升温至920~950℃烧结1.5~3.5 h，经自然冷却得到烧结坯料；（4）将步骤（3）的烧结坯料，置于温度为50~100℃的循环热水装置中溶除NaCl颗粒，于温度50~100℃烘干，再置于的管式炉中，以流速为150~300mL/min通入氩气，并以升温速率为3~10℃/min升温至250~400℃，再通入氢气150~300mL/min还原1~3h后，降至室温，得到孔隙率为50~85%，孔径为40~110µm的泡沫铜；2）在泡沫铜基体上制备催化剂前驱体（1）按镍与钇的摩尔比为（1‑2）:1，将硝酸镍与硝酸钇，加入去离子水或无水乙醇中，配制成含有镍离子浓度为0.01‑0.0001mol/L硝酸镍和硝酸钇的催化剂溶液；或将硝酸钴加入去离子水或无水乙醇中，配制成钴离子浓度为0.01‑0.0001mol/L的催化剂溶液；（2）将步骤（1）制备的其中一种催化剂溶液浸入步骤1）得到的泡沫铜中，时间为1‑30min，经在80~100℃下真空干燥1~4h，得到负载有催化剂的泡沫铜，将该负载催化剂的泡沫铜放入石英舟中，再将石英舟放在管式炉的恒温区，在氩气保护下以升温速率3~10℃/min升温至200~400℃，恒温煅烧1~4h，得到了负载有催化剂前驱体的泡沫铜基体；3）泡沫铜/碳纳米相复合负极材料的制备将步骤2）制得的负载有催化剂前驱体的泡沫铜基体放于石英舟中，将石英舟置于石英反应管恒温区，在氩气保护下，以升温速率3~10℃/min升温至400℃~500℃后，向石英反应管中通入流速为150~300mL/min的氢气，还原反应0.5h~2h，氩气保护下，以升温速率3~10℃/min升温至550℃~850℃，并按氩气与乙炔气体积比为（10~50）: 1通入氩气与乙炔气的混合气进行催化裂解反应0.2h~1h，然后在氩气氛围下将炉温降至室温，得到泡沫铜/碳纳米相复合锂离子电池负极材料。