[發(fā)明專利]單晶結(jié)構(gòu)Co

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810331635.8
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108492909B
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 官群;王斌;程建麗;李永鵬;周靜雯;李寅川;王轉(zhuǎn)培;楊杰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院化工材料研究所
• 主分類號: H01B1/08
• 分類號: H01B1/08;H01B5/00;H01B13/00;C30B29/16
• 代理公司: 51213 四川省成都市天策商標專利事務(wù)所
• 代理人: 劉興亮;吳瑞芳

本發(fā)明公開了單晶結(jié)構(gòu)Co₃O₄納米線陣列纖維狀電極材料的制備方法，包括：取金屬絲，清洗；置于空氣氣氛下進行低溫預處理；稱量一定量的醋酸鈷，攪拌溶于無水乙醇中，得到粉色的混合溶液；將金屬絲，低溫下浸泡于混合溶液一定時間，取出，去離子水洗凈，烘干；將金屬絲置于六水硝酸鈷，氟化銨和尿素的混合溶液中，反應得到負載有鈷離子納米線陣列的金屬絲；于空氣氣氛下，煅燒，得到單晶結(jié)構(gòu)的Co₃O₄納米線陣列纖維電極材料。本發(fā)明還提供了具有單晶結(jié)構(gòu)的Co₃O₄納米線陣列纖維狀電極材料。本發(fā)明的金屬絲具有很好的柔韌性、機械性能和拉伸性能，滿足可穿戴電子設(shè)備的需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到一種電極材料及其制備方法，具體涉及一種單晶結(jié)構(gòu)Co₃O₄納米線陣列纖維狀電極材料及其制備方法，屬于儲能材料制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)

當前，電子產(chǎn)品已經(jīng)是人們生活中不可缺少的一部分，隨著電子產(chǎn)品的迅猛發(fā)展，開發(fā)高能量密度、高功率密度、高電壓與長循環(huán)的儲能設(shè)備已迫在眉睫。傳統(tǒng)的儲能設(shè)備具有體積龐大、質(zhì)量重及循環(huán)壽命短等缺陷，與人們追求輕便的、優(yōu)異的柔韌性、易攜帶的電子設(shè)備背道而馳。而可穿戴柔性儲能設(shè)備具有微型化、柔性化、輕質(zhì)化等優(yōu)勢，受到人們大力發(fā)展。

纖維狀電極材料在可穿戴柔性儲能設(shè)備中扮演著不可替代的作用，決定了整個可穿戴柔性儲能器件的電化學性能。其中，Co₃O₄可應用于各種儲能設(shè)備的電極材料，具有高理論容量、高能量密度受到很多研究者的關(guān)注。但是，由于 Co₃O₄導電性差、體積膨脹較大、循環(huán)壽命短等缺陷，限制了其發(fā)展。

為了解決上述問題，可采用以下幾種策略：1.利用導電性好的纖維材料做為基底，將Co₃O₄原位鉚釘在其表面，得到導電性好的復合電極材料；2.設(shè)計一種三維陣列結(jié)構(gòu)，為充放電過程提供足夠的體積膨脹空間，增強材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；3.元素摻雜，造成一些晶格缺陷，提高導電性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有單晶結(jié)構(gòu)的Co₃O₄納米線陣列纖維狀電極材料，實現(xiàn)循環(huán)性能好、倍率性能好、能量密度高與功率密度高。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：

一種具有單晶結(jié)構(gòu)的Co₃O₄納米線陣列纖維狀電極材料，采用金屬絲(包括鎳絲、鈦絲、銅絲等)做為電極材料的導電集流體，其中電極材料是利用金屬絲的氧化層為鈷離子提供成核位點，調(diào)控其生長速率，四氧化三鈷原位鉚釘在金屬絲表面，得到的具有單晶結(jié)構(gòu)的Co₃O₄納米線陣列纖維狀電極材料。

本發(fā)明中，金屬絲表面易形成氧化層，一方面可以在充放電過程中提供一定緩沖空間，有利于提高電化學性能的穩(wěn)定性；另外一方面，在溶劑熱反應過程中，金屬絲表面的氧化層可以調(diào)控鈷離子成核位點，起到一定的鉚釘作用，提高電極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

在溶劑熱反應過程中，通過溫度和緩沖液濃度調(diào)控，鈷離子發(fā)生有序的自組裝反應，形成了具有單晶結(jié)構(gòu)的Co₃O₄納米線陣列均勻負載在金屬絲表面，該納米線陣列長1～5μm，直徑為100～300nm。

本發(fā)明還提供了單晶結(jié)構(gòu)Co₃O₄納米線陣列纖維狀電極材料的制備方法，包括如下步驟：

a.取一定量金屬絲，分別用丙酮、無水乙醇和去離子水清洗；

b.將步驟a所得到的金屬絲，置于空氣氣氛下進行低溫預處理；