【摘 要】
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锂离子电池作为新一代的绿色高能可充电电池,具有电压高、能量密度大、循环性能好等突出优点。集流体作为锂离子电池的重要组成部分,起到承载电活性材料和传输电子的双重作用。负极集流体为铜箔,然而其表面光滑,不利于活性材料与铜集流体间紧密接触,可能导致部分活性物质脱落,严重影响电池的综合性能。因此,本文通过简单的化学浸渍法在铜箔表面修饰一层卤化亚铜薄膜,得到新型复合集流体CuX/Cu（X=Cl,Br,I）,
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锂离子电池作为新一代的绿色高能可充电电池,具有电压高、能量密度大、循环性能好等突出优点。集流体作为锂离子电池的重要组成部分,起到承载电活性材料和传输电子的双重作用。负极集流体为铜箔,然而其表面光滑,不利于活性材料与铜集流体间紧密接触,可能导致部分活性物质脱落,严重影响电池的综合性能。因此,本文通过简单的化学浸渍法在铜箔表面修饰一层卤化亚铜薄膜,得到新型复合集流体CuX/Cu（X=Cl,Br,I）,采用XRD、EDS、XPS、SEM等方式表征样品的组成及形貌,并将新型集流体CuX/Cu应用在锂离子电池中,利用电化学工作站、恒流充放电测试仪测试电池的电化学性能。主要研究内容如下:（1）以含有离子液体1-丁基-3-甲基-咪唑碘盐（[Bmim]I）的酸性CuSO4溶液为浸渍液,于室温条件下在铜箔表面制备一层CuI薄膜,XRD、XPS等测试结果证明CuI的成功制备,以CuI/Cu作为集流体,钛酸锂（LTO）作为活性物质组装成锂离子半电池,探究离子液体[Bmim]I的含量和浸渍时间对CuI/Cu集流体及LTO性能的影响,其中在100 m L含有0.6 M H2SO4的0.6 M CuSO4溶液中加入0.6 g[Bmim]I,将铜箔于室温条件下浸渍15 min制得的样品性能最佳。在0.2 C(1 C=175 m Ah g-1)倍率下,电池的首次放电比容量可达到307 m Ah g-1,约为传统LTO电极(165 m Ah g-1)的1.86倍,意味着在铜箔表面制备CuI颗粒可显著提高LTO电极的电化学性能。（2）将铜箔浸渍在含有表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）的CuSO4溶液中,在铜箔表面生成一层CuCl薄膜,通过XRD、EDS、XPS等测试手段证明出现在铜箔表面的物质是CuCl,SEM结果显示,制备的CuCl为小米粒状,探究了CTAC的含量和H2SO4浓度对CuCl/Cu集流体及LTO性能的影响。令人惊讶的是,以CuCl/Cu作为集流体同样可以提高LTO电极的容量。结果显示,在100 m L 0.6 M CuSO4溶液中,加入0.2560 g CTAC,形成含8 m M CTAC的0.6 M CuSO4溶液,不含H2SO4时制得的样品性能最优,在电流倍率为0.2 C时,电池的首次放电比容量为216 m Ah g-1,且当电流倍率高达10 C时,电池的容量经过100次循环后仍可维持在143 m Ah g-1,远高于传统LTO电极的容量(46 m Ah g-1)。（3）以含有表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵（DTAB）的CuSO4溶液为浸渍液,于室温环境中在铜箔表面沉积一层CuBr薄膜,采用XRD和EDS等手段对样品的组成及形貌进行表征,探究了DTAB的含量和浸渍时间对CuBr/Cu集流体及LTO性能的影响。测试结果表明,在不同条件下制得的CuBr/Cu作为集流体制备而成的LTO电极的性能均有提高,其中在100 m L 0.6 M CuSO4溶液中加入0.4625 g DTAB,形成含15 m M DTAB的0.6 M CuSO4溶液中,浸渍10 min所制得的样品表现出了最佳的电化学性能。当测试倍率为0.2 C时,电池达到了257 m Ah g-1的放电比容量,在10 C倍率下循环100次后,电池的放电比容量仍可保持在104 m Ah g-1。（4）将铜箔浸渍在含有离子液体1-丁基-3-甲基-咪唑碘盐（[Bmim]I）的酸性CuSO4溶液中,在铜箔表面制备一层CuI薄膜,SEM、XPS等测试结果表明在商业铜箔表面成功制备了鹅卵石状的CuI纳米颗粒,以CuI/Cu作为集流体,石墨作为活性物质组装成锂离子半电池,探究离子液体[Bmim]I的含量和H2SO4浓度对CuI/Cu集流体及石墨性能的影响。结果发现在100 m L含有0.8 M H2SO4的0.8 M CuSO4溶液中加入0.5 g[Bmim]I制备的CuI/Cu集流体组装而成的电池的电化学性能最佳。电池在0.1 A g-1时的首次放电容量高达688 m Ah g-1,几乎是传统石墨电极(323 m Ah g-1)的2.1倍。即使在1.0 A g-1的电流密度下循环100次后,电池的放电比容量值(184 m Ah g-1)仍然是传统石墨电极(32 m Ah g-1)的5.7倍左右。本工作为提升传统锂离子电池的性能提供了新思路。
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