[发明专利]一种钠离子电池用铜箔原位生长三维硫化铜负极材料、制备方法及应用

说明书

一种钠离子电池用铜箔原位生长三维硫化铜负极材料、制备方法及应用。一种制备钠离子电池用铜箔负载硫化铜负极材料的方法，以一定的电流恒定输出，以铜箔为阳极、石墨片为阴极、溶液A为电解液反应，去离子水反复冲洗反应后的铜箔并氮气吹干，得到产物A，最后氩气中退火得到产物B；直接将产物B压片作为扣式电池负极片。通过制备原位生长的负极片舍弃了粘结剂的使用，电极活性物质直接生长在集流体，使得集流体活性物质充分接触。该方法不仅降低了电池制作的成本，简化了装电池步骤且有效提高了电池整体能量密度，电子传输效率，大大提高了电池电化学性能。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，特别涉及一种钠离子电池用铜箔原位生长三维硫化铜负极材料的制备方法及其应用。

背景技术

能源及环境为当今社会面临的两大问题，随着能源的日益短缺及环境的不断恶化，全球陷入能源短缺和环境恶化的窘境，新能源的开发以及环境的治理在眉睫，近年来，锂离子电池广泛应用于各类移动电子设备甚至电动汽车中，人们对锂元素的需求与日俱增。相较于高价且储存有限的的锂元素，钠元素储存量丰富，分布广泛，价格低廉。更值得关注的是钠元素与锂元素有近似的物理化学性，故钠离子电池被视为锂离子电池的重要替代品。

作为钠离子电池的主要组成部分，负极材料对钠离子电池的整体电化学性能有着显著影响。负极材料的制备方法本质上影响着锂离子电池的成本，大规模应用以及电化学性能。目前，铜基负极材料由于其丰富的储存，低廉的价格，优异的电子传导能力而备受研究者青睐。对开发新的高容量硫化物负极材料（例如硫化锡、硫化镉、硫化铅、硫化铜）具有极大的兴趣。硫化铜在钠离子电池，传感器，超级电容器，光催化产氢等领域备受青睐。相较于常见的金属硫化物钠离子负极材料，硫化铜无毒、低成本且优良的物理化学稳定性，电导率要比相应的氧化物高出几个数量级。然而钠电池负极通常通过机械或人工将负极材料混合粘结剂涂附在铜箔上，可能存在活性材料混合不均导致的活性物质利用率不高，活性物质颗粒间接触电阻较大等缺陷。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明目的在于提供一种制备钠离子电池用铜箔原位生长三维硫化铜负极材料的方法及其应用。通过制备原位生长的负极片舍弃了粘结剂的使用，电极活性物质直接生长在集流体，使得集流体活性物质充分接触。该方法不仅降低了电池制作的成本，简化了装电池步骤且有效提高了电池整体能量密度，电子传输效率，大大提高了电池电化学性能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种制备钠离子电池用铜箔原位生长三维硫化铜负极材料的方法，包括以下步骤：

步骤一：将铜箔裁剪成一定大小依次放入无水乙醇，丙酮，去离子水中超声处理，并在一定浓度稀盐酸中浸泡。得到抛光铜箔若干；

步骤二：将一定摩尔量的Na₂S▪9H₂O溶解于200 ml去离子水得到溶液A；

步骤三：调整三恒反应仪，以一定的电流恒定输出，以石墨片为阴极，高纯铜箔为阳极，溶液A为电解液，反应一定时间，去离子水反复冲洗反应后的铜箔并氮气吹干，得到铜箔附着着黑色活性物质的产物A；

步骤四：将产物A置于氩气中在一定温度下退火一定时间后得到附着硫化铜的产物B。

所述步骤二中溶剂A浓度范围为0.5～1.5 M。

步骤三种电流范围为10～40 mA，反应时间范围为10～30 min。

步骤四中退火温度为120℃～200℃，反应2～4 h。

本发明制备所得电池铜箔原位生长硫化铜负极材料应用于扣式电池。直接将干燥后的产物B冲片后得到实验电池所用负极片，以金属钠作为对电极，电解液为1.0 M NaPF6的乙基碳酸酯(EC和二甲基碳酸酯(体积比1:1)的溶液，隔膜为celgard2400膜，在充满氩气气氛的手套箱内装配成扣式电池。