[發明專利]一種在微米盤上生長鈷酸鎳納米線陣列的復合材料、制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201910430061.4
• 申請日: 2019-05-22
• 公開（公告）號: CN110137473B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 劉金云;丁穎藝;韓闐俐;鐘艷;張敏;龍佳煒;黃家銳
• 申請（專利權）人: 安徽師范大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/52;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產權代理有限公司 34107
• 代理人: 任晨晨

本發明提供了一種在微米盤上生長鈷酸鎳納米線陣列的復合材料、制備方法及其應用，首先通過水熱法獲得圓盤狀的微片氧化鐵結構，再在氧化鐵上生長復合鈷酸鎳納米陣列，最后高溫焙燒獲得圓盤側邊生長鈷酸鎳納米陣列的復合材料，該材料由鈷酸鎳納米陣列組成的三維結構。三維陣列結構可以促進電/離子傳輸，同時放射狀的陣列結構可以提供大量活性位點，緩解材料體積膨脹。該材料應用于電池負極材料，具有良好的循環穩定性和高的比容量。而且，合成過程簡單，對實驗儀器設備要求低，原料易得到，費用低，可進行批量生產。

技術領域

本發明涉及無機納米材料技術領域，一種在微米盤上生長鈷酸鎳納米線陣列的復合材料、制備方法及其應用，應用于鋰離子電池。

背景技術

目前能源短缺問題日益突出，急需尋找更加合適的新型儲能裝置，鋰離子電池是自20世紀后期發展起來的一種新型電能儲存設備。因其容量大，循環壽命長，工作電壓高等優點，已廣泛應用于各種商業及消費電子領域中。

傳統的鋰離子電池負極材料使用的是石墨，但由于其理論容量低(372mAh/g)，極大的限制了高容量鋰離子電池的研制。為此，許多研究者將負極材料納米化，構建納米結構可以提高材料的活性，提高容量，增強電池穩定性。

然而，納米材料容易團聚，導致活性材料不能與電解液充分接觸，以及充放電過程中的體積結構變化產生應力無法釋放導致電極破裂等問題，不利于儲能特性發揮。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種微米盤上生長鈷酸鎳納米線陣列的復合材料，解決鋰離子電池負極體積膨脹問題，而且加快電子離子傳輸獲得高容量和快速充電性能。

本發明的另一目的在于提供一種微米盤上生長鈷酸鎳納米線陣列的復合材料的制備方法，利用價格低廉的原料制備得到微片氧化鐵，再通過水熱法得到三維放射狀的鈷酸鎳納米材料作為電池負極，制備工藝簡單、產率高、成本低。

本發明還有一個目的在于提供一種微米盤上生長鈷酸鎳納米線陣列的復合材料的應用，作為鋰離子電池負極材料。

本發明具體技術方案如下：

一種微米盤上生長鈷酸鎳納米線陣列的復合材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將鐵鹽和氫氧化鈉置于聚乙二醇和水的混合溶液中，攪拌混勻，再加入鋇鹽繼續攪拌，所得混合溶液水熱反應，得到微米級片狀結構的氧化鐵；

2)將步驟1)得到的微片結構的氧化鐵除雜質；

3)將步驟2)處理后的微片結構的氧化鐵與鎳源、鈷源和尿素一起置于去離子水中，混合后，再加入氟化銨攪拌混勻，然后將得到混合溶液水熱反應，反應結束得產物；

4)將步驟3)所收集產物在空氣氛圍下退火焙燒，得到微米盤上生長鈷酸鎳納米線陣列的復合材料。

步驟1)中所述鐵鹽為九水合硝酸鐵，所述鋇鹽為氯化鋇或硝酸鋇，優選為氯化鋇。所述聚乙二醇和水的體積比為1:1，聚乙二醇和水的混合體積優選35～45ml；

步驟1)中鐵鹽和鋇鹽的摩爾比為13:1，鐵鹽在混合溶液中濃度為0.19-0.20mol/L；鐵鹽與氫氧化鈉的摩爾比為1:6.3。

步驟1)中所述水熱反應溫度為180℃～200℃，優選190℃～200℃；反應時間為22～26小時，優選23～24小時；

步驟1)中反應結束后，將產物洗滌，干燥，收集；

步驟1)中所述干燥，干燥溫度40℃～80℃，優選50℃～60℃；干燥時間4～12小時，優選6～8小時；

步驟2)中所述除雜質具體為：將得到的微片結構的氧化鐵置于稀鹽酸溶液中，室溫下500轉/分鐘速度攪30min，以去除雜質。