[發明專利]一種有序介孔Co/CMK復合納米負極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201810008729.1
• 申請日: 2018-01-04
• 公開（公告）號: CN108232158A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 劉科;喬輝;曹靜
• 申請（專利權）人: 湖北文理學院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 楊采良

本發明公開了一種有序介孔Co/CMK復合納米負極材料的制備方法，屬于納米材料和化學電源技術領域。該方法包括首先利用共聚物P₁₂₃為模板劑、正硅酸四乙酯為硅源，水熱法合成SBA?15，再以此為硬模板，蔗糖為碳源，合成有序介孔碳材料CMK?3；然后在CoCl₂·6H₂O溶液通過減壓超聲得到有序介孔Co/CMK?3復合納米材料，最后與水合肼通過水熱法還原制得有序介孔Co/CMK復合納米材料。以此方法制得的有序介孔Co/CMK復合納米材料，能緩解充放電過程中體積的膨脹/收縮，同時鈷金屬成分增加材料的導電性，提高了電池的循環性能和庫倫效率，且制備方法簡單，對環境友好，降低了鋰電池的生產成本。

技術領域

本發明屬于納米材料和化學電源技術領域，涉及一種有序介孔Co/CMK復合納米負極材料的制備方法,尤其涉及水熱法制備CMK-3和超聲法制備載鈷 CMK-3混合物。

背景技術

隨著世界經濟的發展，在人民生活水平提升的同時，能源危機與環境污染日益成為當今社會不可回避的難題，隨著資源逐漸消耗殆盡，可再生能源的獲取和儲存在世界范圍內獲得了廣泛的關注和研究。鋰離子電池具有能量密度大﹑使用壽命長﹑環境友好﹑和無記憶效應等優點，在近幾年被廣泛應用于便攜電子設備﹑交通工具等領域，此外在航空航天和軍事領域也獲得了極大的推廣和應用。隨著交通行業和電子通訊的迅猛發展，對鋰離子電池的使用壽命和能量密度提出了更高的要求。鋰電池的負極材料做為儲鋰的主體，對鋰電池的性能起著決定性的作用，而目前商業化鋰電池負極材料多為碳材料，比容量低，已經無法滿足人們對高能量密度的需求。

有序介孔碳材料具有高的比表面積，高孔隙率；孔徑尺寸在一定范圍內可調；介孔形狀多樣，孔壁組成、結構和性質可調；通過優化合成條件可以得到高熱穩定性和水熱穩定性；合成簡單、易操作、無生理毒性，有相互連接的碳壁賦予它優良的導電性能，但是介孔碳材料直接應用到鋰電池負極材料中時的首次庫倫效率只能達到34％左右，使其無法在商業電池中得到應用。通過介孔碳與金屬及其氧化物的復合，降低了介孔碳的比表面積，減少了活化點從而降低了不可逆容量，同時介孔碳的三維網絡結構為鋰離子的傳輸提供了良好的通道利于電解液、鋰離子與電極材料之間的相互反應，從而利于鋰離子和活性物質間的充分接觸，提高其庫倫效率，改善其循環性能。

鈷屬于金屬單質，作為鋰電池負極材料時，鈷單質雖然不能與鋰離子發生直接反應，但是能夠對電池中的電化學反應起到催化作用。綜合鈷單質和介孔碳的優點，我們將鈷顆粒納米化，通過超聲使鈷納米顆粒均勻的擴散在介孔碳的內部孔道中，，有利于活性材料與電解液的直接接觸，不僅提高了負極材料的儲鋰性能，而且電池的放電容量和循環穩定性也得以提升。

現有技術中，急需一種有序介孔Co/CMK復合納米負極材料的制備方法。

發明內容

本發明的目的在于克服上述技術存在的缺陷，提供一種有序介孔Co/CMK 復合納米負極材料的制備方法，要求其提高循環性能和初始容量，同時該方法加工成本低、生產方法簡單、節能環保，便于大規模投資生產。

本發明的技術方案是采用共聚物P123為模板劑、正硅酸四乙酯(TEOS) 為硅源，水熱合成介孔分子篩SBA-15，再以SBA-15為模板、以蔗糖為碳源合成有序介孔碳材料CMK-3。接著利用減壓超聲與鈷的前驅體結合，最后與水合肼通過水熱反應還原制得Co/CMK納米復合負極材料。

為了達到上述技術目的，本發明的技術方案為：

一種有序介孔Co/CMK復合納米負極材料的制備方法，包括以下步驟：