本發明專利技術公開了四氧化三鈷負極材料或非晶碳包覆四氧化三鈷負極材料的制備方法，包括：將導電金屬基片置于含可溶性鈷鹽與六次甲基四胺的水溶液中，在80℃～150℃保溫3h～12h，得到沉積有氫氧化鈷薄膜的導電金屬基片；將其在200℃～400℃煅燒1h～3h后得到四氧化三鈷負極材料，浸入葡萄糖水溶液中，干燥后在300℃～500℃煅燒1h～8h，得到非晶碳包覆四氧化三鈷負極材料，制備工藝簡單，重現性好，易于實施，生產過程環保，成本低廉，有利于工業化生產。本發明專利技術還提供了四氧化三鈷負極材料和非晶碳包覆四氧化三鈷負極材料，容量保持率高，且高倍率性能好，特別適合作為鋰離子電池的負極電極。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及電極材料制備領域，具體涉及ー種四氧化三鈷負極材料、非晶碳包覆四氧化三鈷負極材料及其制備方法和應用。
技術介紹
信息社會的高速發展對移動電源提出安全、環保、低成本、高比能量及長循環壽命等高要求，因此，具有諸多優勢的鋰離子電池已成為21世紀極具潛力的新型化學電源。石墨化碳材料作為目前商業化的負極材料，已難以滿足高性能電池的應用需求，從而國內外研究者致力于開發具有更高容量、長循環壽命、高安全性能的負極材料。其中，過渡族氧化物Co3O4因具有高的比容量值和穩定的電化學行為，得到廣泛的研究。Co3O4理論比容量高 達890mAh/g，是石墨化碳材料的2 3倍，但其存在首次充放電效率較低，循環性能不高的缺點。 為了提高Co3O4的電化學性能，改善電極材料表面的電化學過程，可以考慮從以下方面進行改性一、制備納米級的Co3O4電極材料，從而縮短鋰離子在材料內部的擴散距離，提高鋰離子擴散系數；ニ、制備具有特殊形貌的Co3O4材料，使得主體晶格的結構骨架穩定，從而提高其循環穩定性及可逆性；三、表面改性如包覆碳層、金屬層，從而減小材料在循環過程中的體積變化，減少粉化團聚，同時還能増加其電子電導率。中國專利申請CN 101066781A公開了ー種鋰電池用四氧化三鈷的制備エ藝，包括以下步驟:A.配制氯化鈷溶液和草酸銨溶液；B.將氯化鈷溶液和草酸銨溶液分別以O. 9 I.lm3/h的流量同時并流至反應罐中進行反應,并將該反應液的pH控制在I. 4 I. 6,反應3 5分鐘，然后流入陳化槽中陳化，并繼續攪拌25 35分鐘，成為草酸鈷漿料；C.洗滌、過濾；D. 二次煅燒將草酸鈷固體放入窯爐中煅燒，在450 500°C恒溫煅燒4 5小時后取出粉碎，然后再次放入窯爐進行第二次煅燒，在850 880°C恒溫煅燒3 4小時后取出粉碎，得到四氧化三鈷粉體。該方法煅燒エ藝復雜，且エ藝參數控制要求較高，能耗和エ藝控制成本均較高，不利于實際生產，且對于材料的充放電性能并沒有進ー步的測試分析。中國專利申請CN 101928044A公開了ー種可用于鋰離子電池負極材料的納米四氧化三鈷的制備方法，采用以下步驟將分析純的ニ價鈷酸鹽溶于蒸餾水中，然后加入尿素并攪拌，配成反應溶液；將上述反應溶液倒入可密閉的反應容器中，置于微波場中在100 120°C進行微波輻照I 3h，反應結束后對生成的前驅物進行分離、洗滌和干燥；將干燥后的前驅物在300 400°C煅燒I 3h，煅燒產物即為納米四氧化三鈷。該方法エ藝步驟簡單，所制備材料顆粒均勻，但其高倍率下的容量及循環性能都不理想，特別是在充放電速率800mA/g時容量下降迅速，這無法滿足大功率電池對于倍率性能的要求。
技術實現思路
本專利技術提供了一種四氧化三鈷負極材料的制備方法，制備エ藝簡單，循環性能優良，且四氧化三鈷多孔薄膜生長均勻。—種四氧化三鈷負極材料的制備方法，包括以下步驟I)將可溶性鈷鹽和六次甲基四胺溶于水中，得到含可溶性鈷鹽與六次甲基四肢的水溶液；2)將導電金屬基片置于步驟I)中含可溶性鈷鹽與六次甲基四肢的水溶液中，在80°C 150°C保溫3h 12h，得到沉積有氫氧化鈷薄膜的導電金屬基片；3)將步驟2)中沉積有氫氧化鈷薄膜的導電金屬基片在保護性氣體下200°C 400°C煅燒Ih 3h，得到沉積有四氧化三鈷多孔薄膜的導電金屬基片，即為四氧化三鈷負極材料。含可溶性鈷鹽與六次甲基四肢的水溶液中可溶性鈷鹽和六次甲基四肢在常溫下 不會反應生成沉淀，為澄清溶液，在80°C 150°C保溫3h 12h，可溶性鈷鹽與六次甲基四胺反應，在導電金屬基片上緊密生長氫氧化鈷薄膜，在保護性氣體下200°C 400°C煅燒Ih 3h，氫氧化鈷薄膜轉變成四氧化三鈷多孔薄膜，得到四氧化三鈷負極材料。步驟I)中，作為優選，所述的可溶性鈷鹽為硝酸鈷、硫酸鈷、醋酸鈷或氯化鈷，這些可溶性鈷鹽易溶于水，并且在80°C 150°C保溫3h 12h的條件下，可溶性鈷鹽與六次甲基四肢能夠更好地在導電金屬基片上緊密生長氫氧化鈷薄膜。所述的含可溶性鈷鹽與六次甲基四肢的水溶液中可溶性鈷鹽的濃度為O. lmol/L O. 15mol/L，所述的含可溶性鈷鹽與六次甲基四胺的水溶液中六次甲基四胺的濃度為O. 2mol/L O. 9mol/L，水熱反應方程式如下(CH2) 6N4+6H20 — 6HCH0+4NH3(I)NH3 +H2O ^ NH； +OH(2)Co2++20r — Co (OH) 2(3)反應中可溶性鈷鹽與六次甲基四肢的摩爾比為I : 2 6，由于六次甲基四肢與水反應后產生的氨水為弱堿，因此在上述的摩爾比下六次甲基四胺過量，整個反應能以快且穩定的速率進行，使得生長的氫氧化鈷薄膜均一致密。步驟2)中，導電金屬基片不與電解液反應，活潑性較弱，且導電性較好，一般可選銅、鎳等中的ー種，作為優選，選用泡沫鎳片。所述的導電金屬基片進行預處理后置于步驟I)中含可溶性鈷鹽與六次甲基四肢的水溶液中，預處理包括先將導電金屬基片壓平，然后依次用こ醇和丙酮清洗，清洗后將導電金屬基片的一面用絕緣膠保護。經過預處理的導電金屬基片，更易生長薄膜，并且薄膜生長也更緊密。步驟3)中，所述的保護性氣體為氮氣或氬氣，從而避免煅燒過程中引入雜質。本專利技術還提供了一種非晶碳包覆四氧化三鈷負極材料的制備方法，在制備四氧化三鈷負極材料的基礎上，葡萄糖水溶液提供碳源，在保護性氣體下煅燒，得到非晶碳包覆四氧化三鈷負極材料。一種非晶碳包覆四氧化三鈷負極材料的制備方法，包括將制備的四氧化三鈷負極材料浸入葡萄糖水溶液中，干燥后在保護性氣體下300°C 500°C煅燒Ih 8h，得到非晶碳包覆四氧化三鈷負極材料。所述的保護性氣體為氮氣或氬氣，從而避免煅燒過程中弓I入雜質。所述的葡萄糖水溶液中葡萄糖的濃度為O. 04mol/L O. 4mol/L,浸在葡萄糖水溶液中的時間為8h 24h，浸潰時間足夠長才能使得浸潤完全且均勻，選擇合適葡萄糖的濃度與浸潰時間，可以控制包覆碳層的厚度和均一性，在上述條件下，可以得到厚度合適且均一性好的包覆碳層。本專利技術還提供了 ー種四氧化三鈷負極材料。所述的四氧化三鈷負極材料的制備方法制備的四氧化三鈷負極材料，包括導電金屬基片以及沉積在導電金屬基片上的四氧化三鈷多孔薄膜，所述的四氧化三鈷多孔薄膜為由納米級層片聚集而成的多孔三維立體網狀結構。本專利技術還提供了一種非晶碳包覆四氧化三鈷負極材料。 所述的非晶碳包覆四氧化三鈷負極材料的制備方法制備的非晶碳包覆四氧化三鈷負極材料，包括導電金屬基片以及沉積在導電金屬基片上的非晶碳包覆四氧化三鈷多孔薄膜，所述的非晶碳包覆四氧化三鈷多孔薄膜為由納米級層片聚集而成的多孔三維立體網狀結構。所述的四氧化三鈷多孔薄膜和非晶碳包覆四氧化三鈷多孔薄膜均為由納米級層片聚集而成的多孔三維立體網狀結構，四氧化三鈷負極材料和非晶碳包覆四氧化三鈷負極材料在充放電過程中能夠保持結構穩定，同時層片間互相連結，有利于鋰離子的擴散。非晶碳包覆四氧化三鈷負極材料包覆的非晶碳層進ー步増加其電子電導率。本專利技術制備方法制備的四氧化三鈷負極材料和非晶碳包覆四氧化三鈷負極材料均特別適合作為鋰離子電池的負極電極。與現有技術相比，本專利技術具有如下優點本專利技術四氧化三鈷負極材料和非晶本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：俞迎霞，王秀麗，涂江平，谷長棟，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。