技术领域
[0001] 本
发明属于
锂离子电池技术领域，具体涉及一种八面体CuO锂电池负极材料及其应用。
背景技术
[0002] 锂离子电池是一种二次电池，在充放电过程中，锂离子在正负极之间迁移并与正负极材料发生电化学反应。
[0003] 目前锂电池负极材料为
碳材料，如
石墨、多孔碳等，碳材料的
比容量较低，
倍率性能差，且结构刚性不强，易发生团聚和粉化，不利于提高锂电池的性能的寿命。过渡金属
氧化物中的氧化
铜作为锂离子电池负极材料，具有比容量高、环境友好、制备简单等优点。但是，氧化铜用作锂离子电池负极材料时，其在电循环过程中体积膨胀剧烈。电化学性能往往和材料形貌尺寸密切相关，因此需要严格控制反应条件。如果反应条件难以控制，则容易形成不同的形貌，对电性能造成影响。
[0004] 所以说，用于锂电池负极材料的氧化铜材料其性能仍有待改善和提高。
发明内容
[0005] 为了克服
现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种八面体CuO材料及其制备方法，本发明的目的之二在于提供这种八面体CuO材料在锂电池负极材料和锂电池中的应用。
[0006] 为了实现上述的目的，本发明所采取的技术方案是：
[0007] 本发明提供了一种八面体CuO材料的制备方法。这种八面体CuO材料的制备方法包括以下步骤：
[0008] 1)将乙酸铜溶于醇类
溶剂中，加入多元醇混合，进行溶剂热反应，得到Cu基前驱体；
[0009] 2)将Cu基前驱体洗涤，干燥，
煅烧，得到八面体CuO材料。
[0010] 优选的，这种八面体CuO材料的制备方法步骤1)中，乙酸铜与多元醇的用量比为1mol：(1～10)L；进一步优选的，这种八面体CuO材料的制备方法步骤1)中，乙酸铜与多元醇的用量比为1mol：(1.5～5)L；在一些具体的实施方式中，可分别选用1mol、2mol、3mol的乙酸铜与5L的多元醇混合进行反应。
[0011] 这种八面体CuO材料的制备方法步骤1)中，将乙酸铜溶于醇类溶剂中，所用的醇类溶剂用量以能完全溶解乙酸铜为宜；优选的，乙酸铜与醇类溶剂的用量比为(1～3)mol：55L。
[0012] 优选的，这种八面体CuO材料的制备方法步骤1)中，乙酸铜使用其
水合物进行制备，具体为Cu(Ac)2·4H2O。
[0013] 优选的，这种八面体CuO材料的制备方法步骤1)中，多元醇选自1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、乙二醇中的一种或多种；进一步优选的，这种八面体CuO材料的制备方法步骤1)中，多元醇选自1,2-丙二醇、1,3-丙二醇中的一种或两种；最优选的，这种八面体CuO材料的制备方法步骤1)中，多元醇为1,3-丙二醇。
[0014] 优选的，这种八面体CuO材料的制备方法步骤1)中，溶剂热反应的
温度为140℃～180℃；进一步优选的，这种八面体CuO材料的制备方法步骤1)中，溶剂热反应的温度为150℃～170℃；最优选的，这种八面体CuO材料的制备方法步骤1)中，溶剂热反应的温度为160℃。
[0015] 优选的，这种八面体CuO材料的制备方法步骤1)中，溶剂热反应的时间为10h～15h；进一步优选的，这种八面体CuO材料的制备方法步骤1)中，溶剂热反应的时间为11h～
14h；最优选的，这种八面体CuO材料的制备方法步骤1)中，溶剂热反应的时间为12h。
[0016] 优选的，这种八面体CuO材料的制备方法步骤1)中，溶剂热反应的压
力为3MPa～3.5MPa。
[0017] 优选的，这种八面体CuO材料的制备方法步骤1)中，醇类溶剂选自甲醇、
乙醇、正丙醇、异丙醇中的一种或多种；最优选的，这种八面体CuO材料的制备方法步骤1)中，醇类溶剂为乙醇。本发明采用醇类原料，其既可作为
有机溶剂，又能提供非水系的反应条件，可以提供形成氧化物的氢氧根。
[0018] 优选的，这种八面体CuO材料的制备方法步骤2)中，洗涤Cu基前驱体的溶剂为醇类溶剂；醇类溶剂选自甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇中的一种或多种，优选为乙醇；洗涤时至少用醇类溶剂洗涤一次，优选洗涤三次。
[0019] 优选的，这种八面体CuO材料的制备方法步骤2)中，干燥的温度为50℃～70℃；进一步优选的，这种八面体CuO材料的制备方法步骤2)中，干燥的温度为55℃～65℃；最优选的，这种八面体CuO材料的制备方法步骤2)中，干燥的温度为60℃；干燥优选在
真空条件下进行干燥。
[0020] 优选的，这种八面体CuO材料的制备方法步骤2)中，煅烧的温度为300℃～500℃；进一步优选的，这种八面体CuO材料的制备方法步骤2)中，煅烧的温度为350℃～450℃；最优选的，这种八面体CuO材料的制备方法步骤2)中，煅烧的温度为400℃。
[0021] 优选的，这种八面体CuO材料的制备方法步骤2)中，煅烧的时间为2h～4h；进一步优选的，这种八面体CuO材料的制备方法步骤2)中，煅烧的时间为2.5h～3.5h；最优选的，这种八面体CuO材料的制备方法步骤2)中，煅烧的时间为3h。
[0022] 优选的，这种八面体CuO材料的制备方法步骤2)中，煅烧的气氛为空气。
[0023] 本发明提供了一种八面体CuO锂电池负极材料。这种八面体CuO锂电池负极材料是由上述八面体CuO材料的制备方法制得。
[0024] 本发明还提供了一种锂电池负极材料。这种锂电池负极材料包括CuO材料、导电剂和粘接剂；其中，CuO材料是由上述八面体CuO材料的制备方法制得。
[0025] 这种锂电池负极材料中，八面体CuO材料是作为负极材料中的活性物质。
[0026] 优选的，这种锂电池负极材料中，导电剂选自科琴黑、导电
炭黑(Super-P)、导电石墨、碳
纳米管、
石墨烯、碳
纤维中的一种或多种；进一步优选的，这种锂电池负极材料中，导电剂为科琴黑。
[0027] 优选的，这种锂电池负极材料中，粘结剂选自聚偏氟乙烯、丁苯
橡胶乳液、羧甲基
纤维素中的一种或多种；进一步优选的，这种锂电池负极材料中，粘结剂为聚偏氟乙烯。
[0028] 优选的，这种锂电池负极材料中，CuO材料、导电剂和粘结剂的
质量比为(7～10)：(0.5～2)：1；进一步优选的，这种锂电池负极材料中，CuO材料、导电剂和粘结剂的质量比为(7.5～8.5)：(0.8～1.2)：1；最优选的，这种锂电池负极材料中，CuO材料、导电剂和粘结剂的质量比为8:1:1。
[0029] 本发明还提供了一种锂电池，该锂电池的负极材料包括上述的锂电池负极材料。
[0030] 本发明的有益效果是：
[0031] 本发明通过简单溶剂热合成方法合成形貌可控的八面体CuO材料，合成步骤简单，所用到的化学
试剂廉价，是一种经济可行的制备方案。
[0032] 本发明制得的CuO材料具有八面体结构，将这种结构的材料作为负极材料制成锂电池，其具有优异的库伦效率和较高的比容量特性，
循环寿命良好，应用前景十分广阔。
附图说明
[0033] 图1是
实施例2制成的Cu基前驱体材料扫描电镜图；
[0034] 图2是实施例2制成的CuO材料扫描电镜图；
[0035] 图3是实施例2制成的CuO材料透射电镜图；
[0036] 图4是实施例2制成的CuO材料
X射线衍射图；
[0037] 图5是本发明锂电池的充放电曲线图；
[0038] 图6是本发明锂电池的循环性能测试图。
具体实施方式
[0039] 以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。实施例中所用的原料如无特殊说明，均可从常规商业途径得到。
[0040] 实施例1
[0041] 本例的八面体CuO材料，是通过以下的制备方法制得：
[0042] 将1.0mmol乙酸铜(Cu(Ac)2·4H2O)溶解于55.0mL乙醇中，连续搅拌至完全溶解。然后向上述溶液中加入5.0mL 1,3-丙二醇，搅拌均匀后，将该溶液加入至100.0mL的高压反应釜中，加热至160℃，在该温度下反应12h，反应压力为3.2MPa。反应结束后，自然冷却至室温，将所得的Cu基前驱体用乙醇洗涤三次，在60℃的真空烘箱中干燥。将干燥后的Cu基前驱体在空气中于400℃煅烧3h，最终得到黑色的CuO材料。
[0043] 实施例2
[0044] 本例的八面体CuO材料，是通过以下的制备方法制得：
[0045] 将2.0mmol乙酸铜(Cu(Ac)2·4H2O)溶解于55.0mL乙醇中，连续搅拌至完全溶解。然后向上述溶液中加入5.0mL 1,3-丙二醇，搅拌均匀后，将该溶液加入至100.0mL的高压反应釜中，加热至160℃，在该温度下反应12h，反应压力为3.2MPa。反应结束后，自然冷却至室温，将所得的Cu基前驱体用乙醇洗涤三次，在60℃的真空烘箱中干燥。将干燥后的Cu基前驱体在空气中于400℃煅烧3h，最终得到黑色的CuO材料。
[0046] 实施例3
[0047] 本例的八面体CuO材料，是通过以下的制备方法制得：
[0048] 将3.0mmol乙酸铜(Cu(Ac)2·4H2O)溶解于55.0mL乙醇中，连续搅拌至完全溶解。然后向上述溶液中加入5.0mL 1,3-丙二醇，搅拌均匀后，将该溶液加入至100.0mL的高压反应釜中，加热至160℃，在该温度下反应12h，反应压力为3.2MPa。反应结束后，自然冷却至室温，将所得的Cu基前驱体用乙醇洗涤三次，在60℃的真空烘箱中干燥。将干燥后的Cu基前驱体在空气中于400℃煅烧3h，最终得到黑色的CuO材料。
[0049] 对制成的CuO材料进行表征分析。附图1是实施例2制成的Cu基前驱体材料扫描电镜图(放大倍数为2万倍)。从图1的扫描电镜分析结果可以得知，Cu基前驱体材料具有正八面体结构，且表面光滑。附图2是实施例2制成的CuO材料扫描电镜图(放大倍数为3万倍)。图2进一步证实该材料为正八面体结构，且经过高温处理后，其表面变得粗糙多孔。
[0050] 附图3是实施例2制成的CuO材料透射电镜图。从图3可知，制成的正八面体结构的CuO属于实心结构，尺寸为1微米左右。
[0051] 附图4是实施例2制成的CuO材料X射线衍射图。从图4可知，通过该材料的XRD图和标准卡片对比可知，可以发现该材料与标准卡片CuO对应，证实是该材料为CuO。
[0053] 将实施例2得到的八面体CuO材料制成锂电池负极材料，再组装成锂电池进行电性能测试。具体方法如下：
[0054]
电极制备流程：1)首先，将CuO粉末、导电科琴黑(Ketjen black，ECP 600JD)和聚偏氟乙烯(PVDF)按质量比8:1:1混合，其分别作为负极材料的活性物质、导电剂和粘结剂。随后，以N-甲基吡咯烷
酮(NMP)为溶剂，搅拌均匀之后用自动涂膜机在基底铜箔上均匀涂层，并将涂好的湿膜晾去表面水分后放入80℃真空烘箱中干燥10h；最后，用机械裁片机裁片、称量后放置在充满氩气(Ar)的
手套箱(水、氧含量均＜7.6×10-5mg·m-3)中备用。之后用裁片机裁成小圆片，制成电极。
[0055] 所组装的扣式电池，
对电极为金属锂片，
电解液为碳酸二甲酯(DMC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)按质量比1:1:1混合作为溶剂配制的1mol/L的LiPF6溶液，隔膜为多孔的聚丙烯膜；
电池组装完毕后，在封口机上压制封口，为了让电解液在两极之间较好的浸润，电池取出后在恒温条件下静置12h；最后，在电池测试系统和电化学工作站中进行相关电化学性能测试。
[0056] 附图5是本发明锂电池的充放电曲线图。图5中显示了前三圈充放电测试曲线，从测试结果可见，该材料的首次库伦效率可达到84％，可逆比容量分高达689mA·h/g，表明本发明的材料具有优异的库伦效率和比容量。
[0057] 附图6是本发明锂电池的循环性能测试图。从图6的循环性能测试结果可知，经过1500圈的充放电，电池容量保持在90％以上，表现出良好的循环寿命。
[0058] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
