[發(fā)明專利]一種介孔氧化鈷/氧化錳/碳復(fù)合納米材料、制備方法及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610910705.6
• 申請(qǐng)日: 2016-10-19
• 公開（公告）號(hào): CN106571241B
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬立夢(mèng);沈紹典;王根禮;毛東森;盧冠忠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01G11/26
• 分類號(hào): H01G11/26;H01G11/36;H01G11/46;H01G11/38;H01G11/86
• 代理公司: 上海精晟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司31253
• 代理人: 楊軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)，涉及一種介孔氧化鈷/氧化錳/碳復(fù)合納米材料、制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

21世紀(jì)人類面臨著能源危機(jī)和環(huán)境污染這兩大重要的問(wèn)題，因此清潔能源的開發(fā)與研究具有深遠(yuǎn)的意義。其中，各類汽車占石油消耗的40％左右，全球大氣污染42％來(lái)自于交通車輛的排放。國(guó)家出臺(tái)了很多政策鼓勵(lì)大家購(gòu)買新能源汽車，世界各國(guó)對(duì)發(fā)展電動(dòng)汽車非常重視，我國(guó)863計(jì)劃中也將發(fā)展電動(dòng)車列為重要發(fā)展方向。作為車載動(dòng)力的動(dòng)力電池的研究，成為動(dòng)力汽車發(fā)展的主要瓶頸。目前動(dòng)力電池主要是氫鎳電池，鋰離子電池和燃料電池。超級(jí)電容器作為新型的儲(chǔ)能設(shè)備受到了廣泛的關(guān)注。電極材料的開發(fā)是困擾專家很大的一個(gè)問(wèn)題。常用的電極材料主要有碳材料、過(guò)渡金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物。由于金屬氧化物在電極/溶液界面反應(yīng)所產(chǎn)生的法拉第準(zhǔn)電容要遠(yuǎn)大于碳材料的雙點(diǎn)層電容，因此引起了不少研究者的興趣。

納米結(jié)構(gòu)材料具有特殊的電子、光學(xué)和磁性質(zhì)，受到人們的廣泛關(guān)注。超分子模板，如表面活性劑和嵌段聚合物，常作為“軟模板”用來(lái)合成不同組成的納米結(jié)構(gòu)材料(包括二氧化硅、金屬、金屬氧化物、金屬磷酸鹽以及有機(jī)硅酸化合物)。

簡(jiǎn)單過(guò)渡金屬及過(guò)渡金屬氧化物因?yàn)榫哂休^高的理論電容量，因此受到廣泛的關(guān)注，是極具有潛力的新一代電池材料。其中鈷的氧化物具有較高的理論比容量、廉價(jià)和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，受到了較多的研究。

薛紅濤等以氫氧化鈉和三氯化鈷為原料，通過(guò)控制堿和鈷鹽的比例來(lái)制備鈷的聚合物溶液，然后以十二烷基硫酸鈉(SDS)為模板劑制備了介孔氧化鈷，采用了兩段焙燒法去除表面活性劑，在焙燒溫度為450℃，樣品完全轉(zhuǎn)化稱為了氧化鈷。制備得到的介孔氧化鈷比表面積為146.5m²/g，平均孔徑為6.9nm，孔體積為0.27cm³/g。所制得的氧化鈷具有較好的穩(wěn)定性，在550℃高溫焙燒表面積為110.2m²/g。但是并沒有應(yīng)用在電化學(xué)上，單純的氧化鈷循環(huán)性能差，倍率性能差，限制了氧化鈷作為電極材料的應(yīng)用(薛紅濤，沈水發(fā)，潘海波，謝長(zhǎng)淮.介孔氧化鈷的制備與表征[J].無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào)，2009，24(3)，577-580.)。

蔣慶來(lái)等將熔融的混合金屬液體通過(guò)特定壓強(qiáng)的高壓氣或高壓水的方式霧化成顆粒，該合金粉應(yīng)用于制備鋰離子電極正極三元材料的前驅(qū)體。采用本發(fā)明制備的鎳氧化鈷/氧化錳合金粉具有組成均勻致密，密度大，粒度可控的優(yōu)點(diǎn)，從而保證了在后續(xù)制備三元材料中制備的鎳氧化鈷/氧化錳氧化物前驅(qū)體均勻致密、密度大、粒度可控可調(diào)，可確保與鋰化合物混合均勻，得到的三元材料組成均勻、密度大。本發(fā)明的制備工藝以及后續(xù)的三元材料制備工藝，不涉及濕法冶金，不會(huì)產(chǎn)生廢水，環(huán)境友好。(蔣慶來(lái)，齊士博，楊先鋒。鎳氧化鈷/氧化錳合金粉的制備方法。中國(guó)CN：102513541A[P]，2012-06-27)

目前已經(jīng)通過(guò)多種方法制備得到了氧化鈷，或者氧化鈷跟其它材料的復(fù)合物，但是還是很少有人做出介孔雙金屬鈷跟錳的復(fù)合材料，然后應(yīng)用在電化學(xué)上的實(shí)例。同時(shí)制備氧化鈷的過(guò)程相對(duì)來(lái)說(shuō)比較繁瑣，例如通過(guò)機(jī)械研磨對(duì)器械的要求比較高，通過(guò)水解方法制備過(guò)程不太容易控制，合成出來(lái)的材料的比表面積相對(duì)來(lái)說(shuō)都不是很高。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種介孔氧化鈷/氧化錳/碳復(fù)合納米材料、制備方法及其應(yīng)用。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單、容易控制；得到的介孔氧化鈷/氧化錳/碳復(fù)合納米材料具有高結(jié)晶度、較大比表面積，把其應(yīng)用在電化學(xué)上，表現(xiàn)出了良好的電化學(xué)性能，特別是高的電容量。

本發(fā)明的技術(shù)方案具體介紹如下。

本發(fā)明提供一種介孔氧化鈷/氧化錳/碳復(fù)合納米材料，其是主要由氧化鈷、氧化錳和碳組成的復(fù)合材料，呈介孔結(jié)構(gòu)，其比表面積為105～298m²/g，孔容為0.2～0.65cm³/g，孔徑為2.2～4.6nm。

本發(fā)明還提供一種上述介孔氧化鈷/氧化錳/碳復(fù)合納米材料的制備方法，具體步驟如下：

(1)將非離子表面活性劑、無(wú)機(jī)鈷源、無(wú)機(jī)錳源、有機(jī)硅源、有機(jī)高分子聚合物和溶劑在35～45℃溫度的水浴下充分?jǐn)嚢?，形成均相溶液；然后?5～45℃溫度的烘箱中放置15～30h，再在85～110℃溫度的烘箱中放置15～30h進(jìn)行交聯(lián)，得到有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合物膜；其中：非離子表面活性劑、溶劑、無(wú)機(jī)鈷源、無(wú)機(jī)錳源、有機(jī)硅源、有機(jī)高分子聚合物的質(zhì)量比為1：(10～40)：(0.5～5)：(0.5～5)：(0.2～2)：(2～6)；