CN112421051A - 一种室温下氧化亚铜修饰铜箔的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及能源材料技术领域，公开了一种室温下氧化亚铜修饰铜箔的制备方法，包括以下步骤：A、分别配制20mL的CuSO4溶液以及20mL的Na2S2O3溶液，然后取上述两种溶液各20mL，在玻璃棒搅拌情况下混合均匀得到混合物；B、在上述混合物中加入1‑丁基三甲基咪唑三氟乙酸盐，并将商业锂离子电池铜箔置于上述溶液中室温下浸泡10～24h，然后用蒸馏水冲洗后，在室温下干燥2h，即可得到氧化亚铜(Cu2O)修饰的铜箔。使用该铜箔作为石墨的集流体，可使石墨的初始容量提高60％以上，且循环20圈后，石墨的容量依然比使用原始铜箔的容量高出60％以上，本制备方法非常简单，不需要高温高压，强酸强碱等特殊反应条件，特别适用于规模化生产，拥有广阔的应用前景，商业价值巨大。

Description

一种室温下氧化亚铜修饰铜箔的制备方法
技术领域
本发明涉及能源材料技术领域，具体是一种室温下氧化亚铜修饰铜箔的制备方法。
背景技术
锂离子电池作为可充电池，因其具有高能量密度、工作电压平稳、无污染等优点备受欢迎，目前已经在便携式电子产品等多个领域得到了广泛的应用，锂离子电池通常是由正极材料、负极材料、隔膜、电解液等几部分构成，锂离子电池的电极材料通常是粉末状固体，为了方便电流的传输，这些粉末必须涂覆到导电体上，这些片状的导体，专业上称为集流体，通常，商业锂离子电池中，正极材料的集流体为铝箔，而负极材料的集流体为铜箔，目前商业锂离子电池的负极材料主要为石墨，近期，随着研究的深入，人们发现石墨的理论容量和初始库仑效率都比较低，分别为372mAhg-1、约50％，这些不足极大地阻碍了高能量密度锂离子电池的发展，通常认为开发新型锂离子电池负极材料如过渡金属氧化物等，以及研制新型的碳材料是改善锂离子电池商业负极材料电化学性能的主要方法，而经过研究发现，通过改良石墨材料的集流体铜箔，同样也可以在不改变传统工艺的基础上，大幅度提高商业石墨的电化学性能。因此，本领域技术人员提供了一种室温下氧化亚铜修饰铜箔的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种室温下氧化亚铜修饰铜箔的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种室温下氧化亚铜修饰铜箔的制备方法，包括以下步骤：
A、分别配制20mL的CuSO4溶液以及20mL的Na2S2O3溶液，然后取上述两种溶液各20mL，在玻璃棒搅拌情况下混合均匀得到混合物；
B、在上述混合物中加入1-丁基三甲基咪唑三氟乙酸盐，并将商业锂离子电池铜箔置于上述溶液中室温下浸泡10～24h，然后用蒸馏水冲洗后，在室温下干燥2h，即可得到氧化亚铜(Cu2O)修饰的铜箔。
作为本发明再进一步的方案：所述CuSO4溶液的浓度为0.001～1mol/L，所述Na2S2O3溶液的浓度为0.001～1mol/L。
作为本发明再进一步的方案：所述1-丁基三甲基咪唑三氟乙酸盐的质量为0.02～0.1g。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：使用该铜箔作为石墨的集流体，可使石墨的初始容量提高60％以上，且循环20圈后，石墨的容量依然比使用原始铜箔的容量高出60％以上，本制备方法非常简单，不需要高温高压，强酸强碱等特殊反应条件，特别适用于规模化生产，拥有广阔的应用前景，商业价值巨大。
附图说明
图1为一种室温下氧化亚铜修饰铜箔的制备方法中的首次充放电曲线图；
图2为一种室温下氧化亚铜修饰铜箔的制备方法中的放电比容量循环图；
图3为一种室温下氧化亚铜修饰铜箔的制备方法中铜箔a表面物质的XRD图谱。
具体实施方式
请参阅图1～3，本发明实施例1中，一种室温下氧化亚铜修饰铜箔的制备方法，包括以下步骤：
A、分别配制20mL浓度为0.001mol/L的CuSO4溶液以及20mL浓度为0.002mol/L的Na2S2O3溶液，然后取上述两种溶液各20mL，在玻璃棒搅拌情况下混合均匀得到混合物；
B、在上述混合物中加入0.04g 1-丁基三甲基咪唑三氟乙酸盐，并将商业锂离子电池铜箔置于上述溶液中室温下浸泡12h，然后用蒸馏水冲洗后，在室温下干燥2h，即可得到氧化亚铜(Cu2O)修饰的铜箔。
以该铜箔为负极材料石墨的集流体，组装成由石墨和单质锂箔构成的半电池进行常规的充放电测试，具体步骤如下：将石墨、乙炔黑、聚偏氟乙烯以质量比为8:1:1进行称量，置于玛瑙研钵中研磨，使三种物质混合均匀，滴加适量的N-甲基吡咯烷酮并调制成膏，用玻璃片均匀地将上述膏状物压抹在上述氧化亚铜(Cu2O)修饰的铜箔上，构成石墨电极，之后将此电极放入真空干燥箱中，真空干燥，待自然降温后，以石墨为正极，以锂片为负极，Celgard2400为隔膜，以含有1mol/L LiPF6的有机溶液为电解质，在充满高纯氮气的手套箱(南京南大仪器厂ZKX型)中组装成半电池，之后进行常规的充放电测试。
说明书附图1为以制备的氧化亚铜(Cu2O)修饰的铜箔a和原始铜箔o分别为集流体装出的石墨/锂半电池在100mA g-1电流密度下的首次充放电曲线图，可见，使用原始铜箔时，石墨的首次放电比容量为282mAh g-1，而使用氧化亚铜(Cu2O)修饰的铜箔后石墨的首次放电比容量达到了471mAh g-1，容量提高了将近67％；
说明书附图2为制备的氧化亚铜(Cu2O)修饰的铜箔a和原始铜箔o分别为集流体装出的石墨/锂半电池在100mA g-1电流密度下的放电比容量循环图，使用氧化亚铜(Cu2O)修饰的铜箔时，石墨首次放电比容量为471mAh g-1，循环20圈后容量仍维持在440mAh g-1，容量保持率为93.4％，而使用原始铜箔时，石墨的首次放电比容量为282mAh g-1，循环20圈后容量为270mAh g-1，容量保持率为95.7％，这样，即使循环20圈后，使用氧化亚铜修饰后的铜箔可使石墨的容量提高将近63％；
说明书附图3为制备的氧化亚铜(Cu2O)修饰的铜箔a表面物质的XRD图谱，从图中可以看出，表面物质的衍射峰与Cu2O的标准衍射峰能很好地对应，这说明经过室温下自然沉积的过程，在铜箔表面有氧化亚铜(Cu2O)生成。
本发明实施例2中，一种室温下氧化亚铜修饰铜箔的制备方法，包括以下步骤：
A、分别配制20mL浓度为0.001mol/L的CuSO4溶液以及20mL浓度为0.005mol/L的Na2S2O3溶液，然后取上述两种溶液各20mL，在玻璃棒搅拌情况下混合均匀得到混合物；
B、在上述混合物中加入0.04g1-丁基三甲基咪唑三氟乙酸盐，并将商业锂离子电池铜箔置于上述溶液中室温下浸泡12h，然后用蒸馏水冲洗后，在室温下干燥2h，即可得到氧化亚铜(Cu2O)修饰的铜箔。
以该铜箔为负极材料石墨的集流体，组装成由石墨和单质锂箔构成的半电池进行常规的充放电测试；
依据实施例1，以修饰后的铜箔为石墨的集流体，组装成由石墨和金属锂片构成的半电池，在100mA g-1电流密度下进行充放电测试，结果显示，使用原始铜箔时，石墨的首次放电比容量为280mAh g-1，而使用氧化亚铜(Cu2O)修饰的铜箔后石墨的首次放电比容量达到了465mAh g-1，容量提高了将近66％，在100mA g-1电流密度下，循环20圈后，使用氧化亚铜修饰后的铜箔可使石墨的容量提高将近64％。
本发明实施例3中，一种室温下氧化亚铜修饰铜箔的制备方法，包括以下步骤：
A、分别配制20mL浓度为0.002mol/L的CuSO4溶液以及20mL浓度为0.002mol/L的Na2S2O3溶液，然后取上述两种溶液各20mL，在玻璃棒搅拌情况下混合均匀得到混合物；
B、在上述混合物中加入0.03g 1-丁基三甲基咪唑三氟乙酸盐，并将商业锂离子电池铜箔置于上述溶液中室温下浸泡12h，然后用蒸馏水冲洗后，在室温下干燥2h，即可得到氧化亚铜(Cu2O)修饰的铜箔。
以该铜箔为负极材料石墨的集流体，组装成由石墨和单质锂箔构成的半电池进行常规的充放电测试；
依据实施例1，以修饰后的铜箔为石墨的集流体，组装成由石墨和金属锂片构成的半电池，在100mA g-1电流密度下进行充放电测试，结果显示，使用原始铜箔时，石墨的首次放电比容量为290mAh g-1，而使用氧化亚铜(Cu2O)修饰的铜箔后石墨的首次放电比容量达到了475mAh g-1，容量提高了将近63％，在100mA g-1电流密度下，循环20圈后，使用氧化亚铜修饰后的铜箔可使石墨的容量提高将近62％。
本发明实施例4中，一种室温下氧化亚铜修饰铜箔的制备方法，包括以下步骤：
A、分别配制20mL浓度为0.005mol/L的CuSO4溶液以及20mL浓度为0.005mol/L的Na2S2O3溶液，然后取上述两种溶液各20mL，在玻璃棒搅拌情况下混合均匀得到混合物；
B、在上述混合物中加入0.05g 1-丁基三甲基咪唑三氟乙酸盐，并将商业锂离子电池铜箔置于上述溶液中室温下浸泡12h，然后用蒸馏水冲洗后，在室温下干燥2h，即可得到氧化亚铜(Cu2O)修饰的铜箔。
以该铜箔为负极材料石墨的集流体，组装成由石墨和单质锂箔构成的半电池进行常规的充放电测试；
依据实施例1，以修饰后的铜箔为石墨的集流体，组装成由石墨和金属锂片构成的半电池，在100mA g-1电流密度下进行充放电测试，结果显示，使用原始铜箔时，石墨的首次放电比容量为270mAh g-1，而使用氧化亚铜(Cu2O)修饰的铜箔后石墨的首次放电比容量达到了475mAh g-1，容量提高了将近75％，在100mA g-1电流密度下，循环20圈后，使用氧化亚铜修饰后的铜箔可使石墨的容量提高将近66％。
本发明实施例5中，一种室温下氧化亚铜修饰铜箔的制备方法，包括以下步骤：
A、分别配制20mL浓度为0.015mol/L的CuSO4溶液以及20mL浓度为0.025mol/L的Na2S2O3溶液，然后取上述两种溶液各20mL，在玻璃棒搅拌情况下混合均匀得到混合物；
B、在上述混合物中加入0.08g 1-丁基三甲基咪唑三氟乙酸盐，并将商业锂离子电池铜箔置于上述溶液中室温下浸泡12h，然后用蒸馏水冲洗后，在室温下干燥2h，即可得到氧化亚铜(Cu2O)修饰的铜箔。
以该铜箔为负极材料石墨的集流体，组装成由石墨和单质锂箔构成的半电池进行常规的充放电测试；
依据实施例1，以修饰后的铜箔为石墨的集流体，组装成由石墨和金属锂片构成的半电池，在100mA g-1电流密度下进行充放电测试，结果显示，使用原始铜箔时，石墨的首次放电比容量为276mAh g-1，而使用氧化亚铜(Cu2O)修饰的铜箔后石墨的首次放电比容量达到了470mAh g-1，容量提高了将近70％，在100mA g-1电流密度下，循环20圈后，使用氧化亚铜修饰后的铜箔可使石墨的容量提高将近65％。
本发明实施例6中，一种室温下氧化亚铜修饰铜箔的制备方法，包括以下步骤：
A、分别配制20mL浓度为0.08mol/L的CuSO4溶液以及20mL浓度为0.08mol/L的Na2S2O3溶液，然后取上述两种溶液各20mL，在玻璃棒搅拌情况下混合均匀得到混合物；
B、在上述混合物中加入0.08g1-丁基三甲基咪唑三氟乙酸盐，并将商业锂离子电池铜箔置于上述溶液中室温下浸泡12h，然后用蒸馏水冲洗后，在室温下干燥2h，即可得到氧化亚铜(Cu2O)修饰的铜箔。
以该铜箔为负极材料石墨的集流体，组装成由石墨和单质锂箔构成的半电池进行常规的充放电测试；
依据实施例1，以修饰后的铜箔为石墨的集流体，组装成由石墨和金属锂片构成的半电池，在100mA g-1电流密度下进行充放电测试，结果显示，使用原始铜箔时，石墨的首次放电比容量为270mAh g-1，而使用氧化亚铜(Cu2O)修饰的铜箔后石墨的首次放电比容量达到了478mAh g-1，容量提高了将近77％，在100mA g-1电流密度下，循环20圈后，使用氧化亚铜修饰后的铜箔可使石墨的容量提高将近68％。
以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种室温下氧化亚铜修饰铜箔的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、分别配制20mL的CuSO4溶液以及20mL的Na2S2O3溶液，然后取上述两种溶液各20mL，在玻璃棒搅拌情况下混合均匀得到混合物；
B、在上述混合物中加入1-丁基三甲基咪唑三氟乙酸盐，并将商业锂离子电池铜箔置于上述溶液中室温下浸泡10～24h，然后用蒸馏水冲洗后，在室温下干燥2h，即可得到氧化亚铜(Cu2O)修饰的铜箔。
2.根据权利要求1所述的一种室温下氧化亚铜修饰铜箔的制备方法，其特征在于，所述CuSO4溶液的浓度为0.001～1mol/L，所述Na2S2O3溶液的浓度为0.001～1mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种室温下氧化亚铜修饰铜箔的制备方法，其特征在于，所述1-丁基三甲基咪唑三氟乙酸盐的质量为0.02～0.1g。
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