[發明專利]一氧化鈷及多壁碳納米管一體化電極及其制備方法

有效

• 申請號: 201811037558.1
• 申請日: 2018-09-06
• 公開（公告）號: CN109346672B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 趙靈智;郭婭蕓;廖明娜
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01M4/131
• 分類號: H01M4/131;H01M4/1391;H01M4/36;H01M4/525;H01M4/62;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

本發明涉及一氧化鈷及多壁碳納米管的一體化電極及其制備方法。以乙酸鈷作為鈷源，尿素作為沉淀劑，去離子水作為溶劑，通過水熱及后續煅燒工藝，在預處理后的泡沫銅上負載一氧化鈷和碳納米管復合材料，將其直接作為鋰離子電池的一體化電極。本發明簡化了電極制備流程，避免了粘結劑和導電劑的引入，具有良好的電化學性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池負極材料領域，具體涉及一氧化鈷及多壁碳納米管一體化電極及其制備方法。

背景技術

隨著現代工業的高度發展以及人類社會對能源的不斷需求，能源短缺的問題日漸突出，開發高效、可再生的新能源迫在眉睫。鋰離子電池具有高能量、長壽命、少污染、低消耗、無記憶效應等優點，在緩解能源緊缺等方面發揮著非常顯著的作用，近年來已成為各個領域重要的能量儲存設備。隨著環保節能、新能源汽車等戰略性新興產業的發展，提高鋰離子電池綜合性能的需求日益增加。

目前商業化碳類負極材料實際比容量低(約325-360mAh/g)、首次不可逆損失大、倍率性能差，是限制鋰離子電池發展的重要原因之一。科研工作者們急需研發出比容量高、倍率性能好、穩定的新型負極材料，以制備出具有良好電化學性能的鋰離子電池。

一氧化鈷因比容量高(～716mAh/g)、儲量豐富等優點成為目前鋰離子電池負極材料的研究熱點。然而，其面臨著諸多問題，如電子傳導率低導致電極反應的可逆性不佳和充放電倍率性能差，活性物質劇烈的體積膨脹與粉化引發的容量衰減，以及充放電過程中固態電解質界面膜造成初期不可逆容量損失大等。近年來，針對以上問題，研究者們已通過各種方式來改善一氧化鈷的電化學性能。

如中國專利申請第201610147213.6號公開了一氧化鈷/石墨烯復合物鋰離子電池負極材料的制備方法。采用原位合成法，以乙酸鈷作為鈷源，氫氧化鋰作為沉淀劑，水作為溶劑，利用氫氧化鋰較高的沉鈷率，采用簡單的超聲、攪拌和高溫煅燒，制備的一氧化鈷/石墨烯復合材料在循環50次后可以保持650mAh/g的可逆比容量。該發明產品比容量較低，循環次數少，電化學性能有待提高。

如中國專利申請第201710124049.1號公開了片狀一氧化鈷-二維層狀碳化鈦復合材料及其兩步制備法。通過均勻沉淀-熱處理兩步法，將Ti₃C₂和六水氯化鈷與不同濃度的尿素水溶液進行混合然后在一定溫度下熱處理，后經過保護氣體煅燒，制備的片狀一氧化鈷-二維層狀碳化鈦復合材料在100mA/g的電流密度下循環60次后可以保持220mAh/g的可逆比容量。該發明產品可逆比容量低，穩定性差，不適合制備成鋰離子電池負極材料。

發明內容

針對現有技術中存在的技術問題，本發明針對鋰離子電池一氧化鈷負極材料導電性差、體積膨脹大、初期不可逆容量損失大、比容量低和倍率性能差等問題，至少提供如下技術方案：

一氧化鈷及多壁碳納米管一體化電極的制備方法，其包括以下步驟：

電極基體的預處理；

將質量比為1:2-3的鈷源和沉淀劑溶解于20-40毫升的溶劑中，再加入一定量的多壁碳納米管，攪拌分散形成反應溶液；

將上述預處理后的電極基體放入上述反應溶液中，在80-160℃下水熱反應8-18小時；

水熱反應后，先將所述電極基體干燥，然后再進行煅燒，從而形成所述一體化電極。

進一步的，所述電極基體的預處理具體包括，將所述電極基體裁剪為預定尺寸及預定形狀，在鹽酸、丙酮及去離子水中各超聲清洗8-15分鐘，在50-80℃下真空干燥備用。

進一步的，其特征在于，所述形成反應溶液的步驟中，所述多壁碳納米管的量為0.001-0.003克。