[發明專利]一種具有殼-核結構碳包裹多孔氧化亞鈷納米材料的制備方法及應用

有效

• 申請號: 201711329542.3
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN108172782B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 李丹;蘇行;董玉濤;馬宇航;張建民
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/52;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y40/00
• 代理公司: 鄭州紅元帥專利代理事務所(普通合伙) 41117
• 代理人: 楊妙琴

本發明提供了一種制備具有殼?核結構的碳包裹多孔氧化亞鈷納米材料的簡易方法及其作為鋰離子電池陽極的電化學性能，具體制備步驟包括：利用水熱法制備實心的四氧化三鈷納米立方體；在制備的納米立方體表面包裹PDA后，通過中高溫煅燒得到碳包裹的多孔氧化亞鈷殼?核納米材料，最后通過鹽酸刻蝕形成殼?核結構碳包裹的多孔氧化亞鈷納米材料。本發明方法沒有添加任何導向劑和表面活性劑的參與，整個合成過程條件溫和、綠色環保，原料廉價，對設備的要求低，便于產業化生產，在鋰離子電池的陽極材料的制備方面具有很大的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種制備具有殼-核結構碳包裹多孔氧化亞鈷納米材料的合成方法及其在動力鋰離子電池陽極中的應用。

背景技術

隨著技術的不斷發展，人們生活方式的逐漸變化，鋰離子電池在生活中的地位越來越突出，人們對于具有高倍率性能的電極材料的需求也越來越急迫。作為鋰離子電池負極材料，氧化亞鈷的理論比容量高達715mAh g^-1，是石墨化碳的2倍左右。但是氧化亞鈷的首次庫侖效率和循環性能較差。為了克服這些缺點，氧化亞鈷的結構設計尤為重要，如中國專利文獻CN 103950994 B采用有機金屬鈷鹽與兩種保護劑通過溶劑熱反應，最終合成了雙層氧化亞鈷空心納米顆粒；K.J.An和N.Y.Lee等人采用六水合氯化鈷為原料合成油酸亞鈷，然后通過高溫熱分解油酸亞鈷，最終制備出CoO納米棒(J.Am.Chem.Soc.2006,128,9753-9760)；中國專利文獻CN 101800302 A發明了通過水熱反應合成的石墨烯納米片-氧化亞鈷復合負極材料。目前，對于具有殼-核結構的碳包裹多孔氧化亞鈷納米立方體三維材料少有報道，因此對于該材料的研究和開發有實際的意義和應用價值。

發明內容

本發明的目的是提供一種合成具有殼-核結構的碳包裹多孔氧化亞鈷納米材料的合成方法及在鋰離子電池上的應用。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種具有殼-核結構碳包裹多孔氧化亞鈷納米材料的制備方法，包括以下步驟：

第一步，利用水熱法制備四氧化三鈷納米材料

將六水合硝酸鈷分散在去離子水中，磁力攪拌至透明，向其中加入氫氧化鈉，繼續攪拌至透明，將獲得的溶液轉入反應釜中，在180℃下反應24h，反應結束后冷卻至室溫，離心，所得固體用乙醇水溶液離心洗滌數次，離心后的固體干燥后即得四氧化三鈷納米材料；

第二步，在第一步制備的四氧化三鈷納米材料表面包裹PDA

將第一步制備的四氧化三鈷納米材料與鹽酸多巴胺溶于三（羥甲基）氨基甲烷緩沖液中，在室溫下攪拌3h后，離心，所得固體用乙醇水溶液離心洗滌數次，離心后的固體干燥后即得表面包裹PDA的四氧化三鈷納米材料；

第三步，將第二步獲得的材料煅燒得到具有殼-核結構碳包裹多孔氧化亞鈷納米材料

煅燒條件為將第二步獲得的表面包裹PDA的四氧化三鈷納米材料在5℃/min的升溫速率，450℃~500℃下恒溫2~4h。

優選的，還包括第四步鹽酸刻蝕，將第三步獲得的碳包裹多孔氧化亞鈷納米材料在鹽酸溶液中浸泡小于等于12min，再用乙醇水溶液洗滌數次，離心后，將固體真空干燥，得到殼-核結構碳包裹的多孔氧化亞鈷納米材料。

優選的，所述第一步中六水合硝酸鈷與氫氧化鈉的物質的量比為4∶1。

優選的，所述第二步中三（羥甲基）氨基甲烷緩沖液的濃度為10mM。

優選的，所述第二步中四氧化三鈷的濃度為0.9g/ml，鹽酸多巴胺的濃度為0.4g/ml。

優選的，第四步中鹽酸溶液的濃度為0.1mol/L。