隨著鋰電池能量密度的不斷提升，傳統(tǒng)的石墨材料已經(jīng)遠遠無法滿足高比能電池的設計，為了解決石墨負極材料容量偏低的問題，人們開發(fā)出了多種高容量的負極材料，例如硅基材料、錫基材料等，這些材料的容量普遍在1000mAh/g以上，極大的提升了鋰電池的能量密度。

除了上述的高容量負極材料外，金屬氫氧化物由于較高容量的特性，在近年也得到了廣泛的關注。近日，韓國東國大學的AkbarI.Inamdar（第一作者，通訊作者）和HyungsangKim（通訊作者）等人通過化學腐蝕的方式直接在銅箔生成了一層Cu(OH)2納米棒，以該材料作為負極時，在0.1A/g的電流密度下可以獲得2145mAh/g的首次放電容量，并表現(xiàn)出了良好的倍率性能。

相比于金屬氧化物，金屬氫氧化物通常能夠供應更高的容量，因此近年來金屬氫氧化物的研究得到了較多的關注。Cu(OH)2納米棒的合成方法如下圖所示，首先采用去離子水配置2.5MNaOH和0.125M(NH4)2S2O8的混合溶液，銅箔在乙醇中清洗干凈后放入到該混合溶液處理20min，在該過程中發(fā)生的反應如下式所示，經(jīng)過20min的腐蝕，Cu箔表面生成了大量的Cu(OH)2納米棒，隨后銅箔經(jīng)過乙醇和去離子水清洗后進行常溫干燥。

下圖a為處理后的Cu箔的XRD圖譜，從圖中能夠看到銅箔中重要存在Cu(OH)2和Cu兩種晶相。這一結果進一步被下圖b、c、d中所示的拉曼光譜數(shù)據(jù)所證實。比表面測試發(fā)現(xiàn)該材料的比表面積達到了6.661m2/g，平均孔尺寸為92.71nm。為了分析Cu箔表面的化學狀態(tài)，作者進行了XPS分析，Cu2p圖譜中在933.07eV和934.64eV存在兩個特點峰，分別對應CuO和Cu(OH)2，從O1s圖譜中我們也進一步確認了這兩種物質的存在。

下圖為Cu箔表面的高分辨率SEM圖片，從圖中能夠看到Cu箔表面隨機生長了大量的Cu(OH)2納米棒，這些納米棒的長度在10um左右，由于這些納米棒本身具有多孔的特性，并且納米棒的底端直接和Cu箔相連，因此賦予了Cu(OH)2納米棒快速充放電的能力。

下圖a為Cu(OH)2納米棒的循環(huán)伏安曲線，從下圖可以看到Cu(OH)2納米棒的首次充放電曲線和后續(xù)的兩次充放電曲線之間存在著明顯的差別，這可能是由于極化和生成SEI造成的。在還原掃描的過程中第一個還原峰出現(xiàn)在0.75V附近，對應的是Cu(OH)2的分解，其余的兩個還原峰分別出現(xiàn)在0.46V和0.31V、，對應的是電解液的分解，在氧化掃描的過程中氧化峰出現(xiàn)在0.77V、1.36V、1.97V，對應的是Cu再次被氧化成為Cu2O，最終氧化為CuO，整個充放電過程中的電化學反應如下式所示。

下圖b為Cu(OH)2納米棒的充放電曲線（電壓范圍為0.005-3.0V），從圖中能夠注意到在放電的過程中在1.57V、1.26V和0.9V附近出現(xiàn)了電壓平臺，其中在1.57V附近對應的為Cu(OH)2不可逆的分解為CuO（如下式2所示），1.26V電壓平臺對應的為CuO分解為Cu2O，0.9V附近的電壓平臺對應的則為Cu2O進一步分解為Cu。Cu(OH)2納米棒首次放電比容量達到2145mAh/g，但是在第二圈循環(huán)中放電容量就下降到了1569mAh/g，并最終穩(wěn)定在了1472mAh/g。但是在隨后的循環(huán)中充放電曲線則幾乎重合，這表明電極良好的可逆性和界面穩(wěn)定性。但是我們也注意到在后續(xù)的循環(huán)過程中，電池的充電容量總是高于放電容量，電池的庫倫效率也降低到了70%，作者認為這可能是因為材料的結構變化，以及銅箔集流體在循環(huán)過程中的氧化等原因。

下圖c為Cu(OH)2納米棒的倍率性能測試結果，從圖中可以看到在0.1A/g的電流密度下材料的容量最終穩(wěn)定在了1490mAh/g，在0.2A/g的電流密度下材料的容量為1178mAh/g，在1A/g的大電流密度下材料的容量仍然可以達到800mAh/g左右，表現(xiàn)出了非常優(yōu)異的倍率性能。

下圖為Cu(OH)2納米棒材料在循環(huán)前后的交流阻抗圖譜，作者根據(jù)下圖b中所示的等效電路對交流阻抗數(shù)據(jù)進行了擬合，擬合結果顯示循環(huán)前Cu(OH)2納米棒的電荷交換阻抗為56.75Ω，而循環(huán)后電荷交換阻抗降低到了21.05Ω，這可能是由于反復的循環(huán)過程中Cu(OH)2納米棒發(fā)生了顯著的結構變化。

為了分析Cu(OH)2納米棒儲鋰機理，作者采用XRD工具對循環(huán)后Cu(OH)2納米棒進行了分析，從圖中能夠看到在循環(huán)后Cu(OH)2晶相完全消失，出現(xiàn)了Cu2O和Cu的晶相，這表明Cu(OH)2在充電的過程中發(fā)生了分解，生成了新的產(chǎn)物。

下圖b和c為Cu(OH)2納米棒在充放電后的表面形貌，從圖中能夠看到在充電狀態(tài)下Cu(OH)2納米棒發(fā)生了顯著的體積膨脹和團聚，表面狀態(tài)非常粗糙。在放電狀態(tài)下，Cu(OH)2納米棒體積收縮，但是仍然存在由于體積膨脹出現(xiàn)的結構破壞，結構破壞造成了部分活性物質無法參和到充放電反應，從而造成了容量損失。

AkbarI.Inamdar通過對銅箔進行簡單的腐蝕處理，在銅箔表面直接生長出了Cu(OH)2納米棒，由于Cu(OH)2納米棒直接和銅箔鏈接，因此賦予了材料良好的電性能，在首次放電中材料的比容量達到2145mAh/g，在后續(xù)的循環(huán)中逐漸穩(wěn)定在了1472mAh/g，在倍率性能測試中該材料也表現(xiàn)出了優(yōu)異的倍率性能。

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MacroporousCu(OH)2nanorodnetworkfabricateddirectlyonCufoilasbinder-freeLithium-ionbatteryanodewithultrahighcapacity,JournalofAlloysandCompounds829(2020)154593,AkbarI.Inamdar,HarishS.Chavan,AbuTalhaAqueelAhmed,YongcheolJo,SangeunCho,JongminKim,SambhajiM.Pawar,HyungsangKim,HyunsikIm