[發明專利]一種多孔CoO@氮摻雜碳同軸納米棒的制備方法

有效

• 申請號: 201610974927.4
• 申請日: 2016-11-07
• 公開（公告）號: CN106654193B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 趙陳浩;胡志彪;盧宇竑;彭博軍
• 申請（專利權）人: 龍巖學院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/52;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 崔自京

本發明公開了一種多孔CoO@氮摻雜碳同軸納米棒的制備方法，該方法利用Co₃O₄納米棒作為模板，通過吡咯原位聚合、碳化的方式先形成Co₃O₄納米棒@聚吡咯核殼結構后再碳化得到CoO@氮摻雜碳。本發明制備的多孔CoO@氮摻雜碳同軸納米棒用作高性能鋰離子電池負極材料，一方面因其具有多孔結構，不僅在循環中能夠有效緩沖體積變化，提高材料的循環穩定性，還能增加活性物質與電解液的接觸面積，提高材料的有效利用率；另一方面，由于在多孔結構上包覆一層氮摻雜碳材料能夠提升材料的導電性，從而進一步提升材料的電化學活性，在鋰離子電池領域具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及納米材料及鋰離子電池負極材料制備方法，具體涉及一種多孔CoO@氮摻雜碳同軸納米棒的制備方法。

背景技術

為了滿足鋰離子電池在電動汽車、智能電網等領域的應用，開發高能量密度的鋰離子電池負極材料成為其中的關鍵之一。而轉化儲鋰機制的過渡金屬氧化物放電比容量能夠達到600-1200mAh/g,遠高于目前商業化的石墨負極材料372mAh/g，其中鈷基氧化物(Co₃O₄、CoO等)的放電比容量明顯優于其它的過渡金屬氧化物，但普通結構的鈷基氧化物存在因其導電性較差、循環中由于材料體積變化導致容量衰減的缺陷；研究發現，具有多孔結構的過渡金屬氧化物，其在循環中能夠有效的緩沖體積變化，提高材料的循環穩定性；同時多孔結構也能增加活性物質與電解液的接觸面積，提高材料的有效利用率；研究還發現，在多孔結構上包覆一層碳材料，特別是氮摻雜碳材料能夠提升材料的導電性，從而進一步提升材料的電化學活性。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種多孔CoO@氮摻雜碳同軸納米棒的制備方法，制備的材料用作高性能鋰離子電池負極材料。

為實現以上目的，本發明一種多孔CoO@氮摻雜碳同軸納米棒的制備方法利用Co₃O₄納米棒作為模板，通過吡咯原位聚合、碳化的方式先形成Co₃O₄納米棒@聚吡咯核殼結構后再碳化得到CoO@氮摻雜碳；具體操作步驟如下：

a.將濃度為1-5mL/L的吡咯單體分散于濃度為10-30g/L的表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)溶液中；

b.以1-10g/L的比例向溶液a中加入多孔Co₃O₄納米棒，超聲分散10-20min后，由于溶液a中表面活性劑SDBS的存在，Co₃O₄納米棒將均勻分散于溶液中；保持磁力攪拌0.5-2h，加入濃度為0.1mol/L的過硫酸鈉溶液5-15mL作為引發劑；

c.將溶液b在磁力攪拌下放置5-10h，過硫酸鈉將引發吡咯發生活性自由基聚合，在良好分散的Co₃O₄納米棒表面形成聚吡咯層，形成多孔CoO納米棒@聚吡咯核殼結構黑色粉體；

d.將干燥的多孔CoO納米棒@聚吡咯核殼結構黑色粉體在惰性氣氛下、300～700℃下碳熱還原煅燒2-5h，得到黑色粉末多孔CoO@氮摻雜碳納米棒目標產物；由于聚吡咯是含氮聚合物，碳化后形成氮摻雜碳，并均勻包覆于CoO表面。

所述步驟a中吡咯單體的濃度優選為2-4mL/L。

所述步驟b中Co₃O₄納米棒含量優選為2-5g/L，過硫酸鈉溶液的濃度為0.1mol/L。

所述步驟d惰性氣氛下煅燒溫度優選為400～600℃。

本發明制得的多孔CoO@氮摻雜碳同軸納米棒應用于高能量密度鋰離子電池中。