CN106711449A - 纳米线型碳酸钴负极材料的合成方法 - Google Patents

纳米线型碳酸钴负极材料的合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明为纳米线型碳酸钴负极材料的合成方法，包括如下步骤：按照钴盐：尿素＝1:5‑1:1摩尔质量比配比混合物；将混合物中加入去离子水，进行搅拌充分溶解完全得到混合物溶液；将混合物溶液置入反应釜中进行密封后进行旋转制备得到反应产物；反应釜冷却后，取出反应产物，去除上层清液，并进行洗涤，后置入烘箱内进行烘干，制备得到烘干产物；将烘干产物置于N2气氛条件下进行热处理，去除结晶水，并最终得到纳米线型碳酸钴负极材料。本发明的纳米线型碳酸钴负极材料的合成方法，其制备所得的纳米线型碳酸钴负极材料的可逆容量达到1200mAh/g，高于市面上石墨负极容量三倍有余，极大提高了锂离子电池的性能。

Description

纳米线型碳酸钴负极材料的合成方法
技术领域
本发明涉及锂离子电子制备技术，具体的，其展示一种纳米线型碳酸钴负极材料的合成方法。
背景技术
二十世纪以来，随着人类社会的不断发展，对能源的需求日益增长，能源的短缺甚至枯竭成为人类继续发展的瓶颈，人民迫切的需要找到一种新型的、廉价的、储能效率高的、对环境友好的电池材料。七十年代能源危机以来，以锂与过渡金属化合物为储能材料的新型电池登上历史舞台，与过去的二次电池相比，锂离子二次电池拥有电压高、能力密度大、循环性能好等突出优点。
锂离子电池的性能很大程度上更取决于负极材料。商用负极材料石墨的理论容量只有372mAh/g，难以满足市场对动力电池能量密度的更高要求。高容量型负极材料过渡金属氧化物MO(M＝Ni，Co，Mn，Fe，Cu)如NiO，Co3O4，MnO，Fe3O4等被研究者们所关注，转换机理广泛存在于金属氧化物负极材料中，从而使得负极容量得到极大的提高。Poizot等人(Poizot,P.,S.Laruelle,S.Grugeon,et al.,Nano-sized transition-metal oxides asnegative-electrode materials for lithium-ion batteries[J].Nature,2000.407(6803):496-499)探索金属氧化物负极容量可达700mAh/g。
而Tirado课题组(Aragón,M.,C.Pérez-Vicente and J.Tirado,Submicronicparticles of manganese carbonate prepared in reverse micelles:A new electrodematerial for lithium-ion batteries[J].Electrochemistry communications,2007.9(7):1744-1748)研究发现碳酸盐负极容量远高于按照转换机理得出的理论容量。Zhou课题组(Su,L.,Z.Zhou,X.Qin,et al.,CoCO 3submicrocube/graphene composites with highlithium storage capability[J].Nano Energy,2013.2(2):276-282)认为反应过程中产生的纳米化过度金属颗粒对其中CO32+有催化作用，使得C4+被还原为C0或者其他价态的碳，从而放出更高的容量。
因此，有必要制备一种纳米线型碳酸盐负极材料，其可极大程度的提高锂离子电池的性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米线型碳酸钴负极材料的合成方法，其制备所得的纳米线型碳酸钴负极材料的可逆容量达到1200mAh/g，高于市面上石墨负极容量三倍有余，极大提高了锂离子电池的性能。
本发明通过如下技术方案实现上述目的：
一种纳米线型碳酸钴负极材料的合成方法，包括如下步骤：
1)按照钴盐：尿素＝1:5-1:1摩尔质量比配比混合物；
2)将混合物中加入去离子水，进行搅拌充分溶解完全得到混合物溶液；
3)将混合物溶液置入反应釜中进行密封后进行旋转制备得到反应产物；
4)反应釜冷却后，取出反应产物，去除上层清液，并进行洗涤，后置入烘箱内进行烘干，制备得到烘干产物；
5)将烘干产物置于N2气氛条件下进行热处理，去除结晶水，并最终得到纳米线型碳酸钴负极材料。
进一步的，步骤3)中，反应釜温度为80℃-200℃，旋转时间为1h-24h。
进一步的，步骤3)中，反应釜的转速为0rpm-600rpm。
进一步的，步骤4)中，洗涤为离子水与无水乙醇各冲洗n+1次。
进一步的，步骤4)中，烘干温度为50℃-100℃。
进一步的，步骤5)中，热处理温度为100℃-400℃。
其中：
碳酸钴负极作为负极材料，拥有超过常规转换机制的巨大容量；
本发明的纳米线型碳酸钴负极材料的合成方法使材料在反应过程趋向于更易结晶方向生长，制备得出呈纳米线型的碳酸钴材料，其用做锂离子电池的负极材料可逆容量达到1200mAh/g，高于市面上石墨负极容量三倍有余。
与现有技术相比，本发明的纳米线型碳酸钴负极材料的合成方法，其制备所得的纳米线型碳酸钴负极材料的可逆容量达到1200mAh/g，高于市面上石墨负极容量三倍有余，极大提高了锂离子电池的性能。
附图说明
图1是本发明的实施例1制备所得的纳米线型碳酸钴负极材料表面的扫描电子显微图；
图2是本发明的实施例2实施例2制备所得纳米线型碳酸钴负极材料的恒电流测试结果示意图。
具体实施方式
实施例1：
本实施例展示一种纳米线型碳酸钴负极材料的合成方法，包括如下步骤
1)称取3.1125g四水醋酸钴和3.75g尿素，加入到125ml去离子水中，搅拌溶解完全后，转移至反应釜中进行密封后旋转，转速300rpm，温度160℃，反应12h，制备得到反应产物；
2)反应釜冷却至室温后，取出反应产物，去除上层清夜，用去离子水与无水乙醇各冲洗3+1次，后置入60℃烘箱烘干，制备得到烘干产物；
3)将烘干产物放置在200℃的N2气氛条件下进行热处理，去除结晶水，被最终得到纳米线型碳酸钴负极材料。
请参阅图1，其展示本实施例制备所得的纳米线型碳酸钴电极材料的表面的扫描电子显微图，从中可看出碳酸钴并没有形成二次粒子，均呈纳米线型分布，这样的形貌大大增加了比表面积，制作浆料时，提高电极材料与导电剂接触面积，进而提升其导电性能。
实施例2：
本实施例展示一种纳米线型碳酸钴负极材料的合成方法，包括如下步骤
1)称取3.1125g四水醋酸钴和0.75g尿素，加入到125ml去离子水中，搅拌溶解完全后，转移至反应釜中进行密封后旋转，转速100rpm，温度80℃，反应2h，制备得到反应产物；
2)反应釜冷却至室温后，取出反应产物，去除上层清夜，用去离子水与无水乙醇各冲洗3+1次，后置入50℃烘箱烘干，制备得到烘干产物；
3)将烘干产物放置在100℃的N2气氛条件下进行热处理，去除结晶水，被最终得到纳米线型碳酸钴负极材料。
请参阅图2，其展示本实施例制备所得的纳米线型碳酸钴负极材料的循环图与充放电曲线，其中(a)为首圈与次圈的充放电曲线，(b)为放电循环图；如图所示，碳酸钴材料首圈放出接近2000mAh/g的巨大容量，次圈可逆容量也达到了1400mAh/g，0.2mA电流下循环，并没有出现太大的衰减。
实施例3：
1)称取3.1125g四水醋酸钴和1.5g尿素，加入到125ml去离子水中，搅拌溶解完全后，转移至反应釜中进行密封后旋转，转速600rpm，温度100℃，反应24h，制备得到反应产物；
2)反应釜冷却至室温后，取出反应产物，去除上层清夜，用去离子水与无水乙醇各冲洗3+1次，后置入100℃烘箱烘干，制备得到烘干产物；
3)将烘干产物放置在400℃的N2气氛条件下进行热处理，去除结晶水，被最终得到纳米线型碳酸钴负极材料。
实施例3和实施例2与实施例1制备所得的纳米线型碳酸钴负极材料各项性能差别交小，其目的在于展示通过不同添加比例以及不同温度和反应时间制备所得的纳米线型碳酸钴负极材料的性能指标稳定。
与现有技术相比，实施例1-3分别所展示的纳米线型碳酸钴负极材料的合成方法，其制备所得的纳米线型碳酸钴负极材料的可逆容量达到1200mAh/g，高于市面上石墨负极容量三倍有余，极大提高了锂离子电池的性能。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种纳米线型碳酸钴负极材料的合成方法，其特征在于：
包括如下步骤：
1)按照钴盐：尿素＝1:5-1:1摩尔质量比配比混合物；
2)将混合物中加入去离子水，进行搅拌充分溶解完全得到混合物溶液；
3)将混合物溶液置入反应釜中进行密封后进行旋转制备得到反应产物；
4)反应釜冷却后，取出反应产物，去除上层清液，并进行洗涤，后置入烘箱内进行烘干，制备得到烘干产物；
5)将烘干产物置于N2气氛条件下进行热处理，去除结晶水，并最终得到纳米线型碳酸钴负极材料。
2.根据权利要求1所述的一种纳米线型碳酸钴负极材料的合成方法，其特征在于：步骤3)中，反应釜温度为80℃-200℃，旋转时间为1h-24h。
3.根据权利要求1或2所述的一种纳米线型碳酸钴负极材料的合成方法，其特征在于：步骤3)中，反应釜的转速为0rpm-600rpm。
4.根据权利要求3所述的一种纳米线型碳酸钴负极材料的合成方法，其特征在于：步骤4)中，洗涤为离子水与无水乙醇各冲洗n+1次。
5.根据权利要求4所述的一种纳米线型碳酸钴负极材料的合成方法，其特征在于：步骤4)中，烘干温度为50℃-100℃。
6.根据权利要求4或5所述的一种纳米线型碳酸钴负极材料的合成方法，其特征在于：步骤5)中，热处理温度为100℃-400℃。
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