[發明專利]一種棒狀雙金屬氧化物材料及制備方法

有效

• 申請號: 201710840267.5
• 申請日: 2017-09-18
• 公開（公告）號: CN107768665B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 陳金喜;劉詩新
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M10/0525
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種具有優良電化學性能的棒狀雙金屬氧化物材料及其制備方法。該雙金屬氧化物的前驅體MOFs材料形貌規整，尺寸均一，在空氣氛圍下一定溫度煅燒后得到的雙金屬氧化物較好地保留了前驅體的形貌和結構特征，棒狀形貌使得該材料在作為鋰離子電池的負極材料時更有利于鋰離子的傳輸，從而表現出與傳統的石墨電極相比更為優異的電化學性能，該材料的成功合成及應用對探索更加優良電容性能材料的工業化生產具有重要意義。

技術領域

本發明涉及一種具有優良電化學性能的棒狀雙金屬氧化物，具體地，該材料以MOFs作為前驅體，形成一種均一棒狀結構并在電化學方面的應用，屬于化工應用技術領域。

背景技術

隨著信息化的日益深入，化石燃料迅速消耗以致枯竭，能源危機浮出水面，人們對于價格低廉、綠色環保能源的需求與日俱增。近年來，可再生新型能源如風能、水能、海洋能、潮汐能、太陽能等逐漸引起科研工作者的廣泛關注，但這些能源都依賴于大自然的不可靠性，能源具有間歇性且不能直接應用于電網中。因而，尋求一種可靠簡單快捷可持續的儲能裝置對于新型能源的有效利用是至關重要的。其中，鋰離子電池因具有高電壓、體積小、質量輕、高能量密度、低自放電率、壽命長、無污染、無記憶效應等突出優點而從眾多儲能裝置中脫穎而出。負極材料作為鋰離子電池的重要組成部分，其材料的優劣直接影響到電池的性能，以四氧化三鈷(Co₃O₄)和氧化鎳(NiO)為代表的過渡金屬氧化物MOx(M＝Co、Mn、Ni、Cu和Fe等)因其較高的理論比容量(為傳統負極材料石墨的2-3倍)而成為國內外研究熱點。

據研究，過渡金屬氧化物雖可獲得高的首次充放電容量，然而，隨著循環圈數的增加，材料的結構易于發生坍塌、體積變化較大從而導致容量衰減迅速、循環壽命較短等問題。因此，對過渡金屬氧化物進行復合以及對其結構和形貌的調控，獲得具有更高性能的過渡金屬氧化物是本領域急需解決的技術問題。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種具有優良電化學特性的棒狀雙金屬氧化物材料及其制備方法及應用。該方法簡單快速，極大地縮短了反應周期，使得目標產物在鋰電負極的應用中表現出優異的電化學性能。

技術方案：本發明的一種棒狀雙金屬氧化物材料是NiO-NiCo₂O₄，是以MOFs為前驅體制備而得，該材料呈均一棒狀分布，材料保持了MOFs所特有的多孔性和規整的形貌特征。

本發明的棒狀雙金屬氧化物材料的制備方法包括以下步驟：

1)將Co源和Ni源與配位劑、輔助配體及表面活性劑溶解在去離子水中混合，形成混合溶液，超聲波處理10-30min；

2)配置NaOH溶液，并將該NaOH溶液逐漸滴加到上述混合溶液中調節其pH；

3)將以上得到的混合溶液轉移至聚四氟乙烯釜中，使用微波反應器加熱，設置反應溫度110-170℃，反應時間30-60min；

4)將步驟3)所得的溶液自然冷卻至室溫，離心、洗滌，在50-70℃中真空干燥至恒重，得到玫瑰色粉末，即為雙金屬氧化物材料的MOFs前驅體；

5)將前驅體MOFs置于坩堝中，采用馬弗爐在空氣氛圍下煅燒，得到黑色粉末，即為目標產物的一種棒狀雙金屬氧化物材料。

其中：

步驟1)中所述Co源為CoCl₂·6H₂O，Ni源為NiCl₂·6H₂O。

步驟1)中所述Co源與Ni源的摩爾比值為0.5-3。

步驟1)中所述配位劑為1,4-環己二酸，所述輔助配體為1,10-鄰菲羅啉，所述表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮PVP。