[发明专利]氧化铜纳米线阵列在室温下的制备方法

说明书

技术领域

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

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。

氧化铜具有较高的理论比容量(674mAhg^-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。

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(8nm)，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 量和循环稳定性能。

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。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

氧化铜纳米线阵列在室温环境下的制备方法，其步骤为：

S1、取面积为1-10cm²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；

S2、取200ml水、1ml的质量浓度为28％的氨水和40mg的NaOH进行混合，获得 混合液；

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；

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。

所述室温为在温度为15-45℃条件下。

本发明的工作原理为：

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。

本发明的有益效果为：

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。

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

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。

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。

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。

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

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

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：