[发明专利]一种锂离子电池一体化负极的激光烧蚀氧化原位制备方法

说明书

一种锂离子电池一体化负极的激光烧蚀氧化原位制备方法，先将金属箔片使用酒精或丙酮和去离子水分别超声清洗；在室温和空气气氛下，使用纳秒脉冲激光分别扫描照射金属箔片，激光垂直于金属箔片，得到金属氧化物‑金属一体化负极；再将金属氧化物‑金属一体化负极放入真空干燥箱中干燥；最后将干燥后的金属氧化物‑金属一体化负极在钛酸四丁酯与无水乙醇的混合溶液中浸泡，然后在空气中自然水解，在烘箱中烘干，得到改性的金属氧化物‑金属一体化负极，将其作为锂离子电池负极材料使用，呈现了出色的充放电长循环稳定性和优异的电化学性能，本发明具有简易高效、低成本的优点。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池一体化负极的激光烧蚀氧化原位制备方法。

背景技术

随着对移动电子器件和锂离子电池需求的日益增长，在高效和低成本的制造锂离子电池负极方面逐渐出现了一些问题。例如，由于商业化石墨负极的低理论容量和复杂的制备过程，其出现了越来越多的局限性。因此，发展锂离子电池负极的高效制备方法和开发先进的负极材料显得十分必要，也是一个巨大的挑战。近些年来，过渡金属氧化物，例如Cu₂O/CuO,Fe₂O₃和NiO等，由于其高理论容量、低成本和广泛的储量分布，得到了越来越多的关注。在以往的研究中，不同形貌、不同种类的过渡金属氧化物作为锂离子电池负极材料，呈现出优异的稳定性和电化学性能。

然而，在锂离子电池的充放电过程中，随着负极材料嵌锂和脱锂的进行，金属氧化物负极将产生较大的体积膨胀和收缩，导致负极活性材料从集流体上脱落并且降低导电性。另外，需要使用聚合物粘结剂(如偏二氟乙烯PVDF等)将负极材料粘接在电极集流体上，然而有研究表明聚合物粘结剂会加速不可逆容量的损失和降低循环稳定性。为了解决这个问题，人们尝试多种方法直接在集流体上原位生长负极活性材料，由于是在金属集流体上原位制备一体化负极，不需要粘结剂，所以该负极也有着更好的电子导电性和结构稳定性。如采用电沉积、化学气相沉积或水热法来在金属集流体上原位制备一体化负极材料，但是所有的这些方法都会存在着这样那样的问题，比如需要昂贵的设备、复杂的制备过程和高的制造成本等，限制了其在实际锂电池工业中的大规模应用。因此，发展一种大规模、简易高效、低成本方法制备具有良好电化学性能的无粘结剂一体化负极是迫切需要的。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种锂离子电池一体化负极的激光烧蚀氧化原位制备方法，通过纳秒激光一步法制备，在负极金属(如Cu，Fe，Ni，W，Mo等)集流体上原位生长出具有独特的多孔疏松纳米形貌的金属氧化物活性材料，经过后期包覆改性，将其作为锂离子电池负极材料使用，呈现了出色的充放电长循环稳定性和优异的电化学性能，具有简易高效、低成本的优点。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种锂离子电池一体化负极的激光烧蚀氧化原位制备方法，包括以下步骤：

1)将金属箔片使用酒精或丙酮和去离子水分别超声清洗30分钟，将表面的杂质清除；金属箔片为铜、铁、镍、钨或钼，纯度达到99.99％以上；

2)在室温和空气气氛下，使用纳秒脉冲激光分别扫描照射金属箔片，激光波长532nm，脉冲频率1000～30000Hz，脉宽1～100ns，单脉冲能量0.1～10×10^-4J，激光扫面速度5～300mm s^-1，激光垂直于金属箔片，得到金属氧化物-金属一体化负极；

3)将金属氧化物-金属一体化负极放入真空干燥箱中60～90℃干燥6～12h；

4)将干燥后的金属氧化物-金属一体化负极在钛酸四丁酯(TBOT)与无水乙醇的混合溶液中浸泡1～60秒，钛酸四丁酯(TBOT)与无水乙醇的体积比1:5～1:5000；然后在空气中自然水解1～10分钟，在烘箱中60-90℃烘干6-12h，得到改性的金属氧化物-金属一体化负极；所述的钛酸四丁酯(TBOT)为分析纯。