[發(fā)明專利]一種四氧化三鈷的無溶劑合成方法及其應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911173691.4
• 申請日: 2019-11-26
• 公開（公告）號: CN110885099A
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 季澎;章偉;田仁兵;鄭華;張耿;張紹強(qiáng);胡君;劉敏霞;李儀
• 申請（專利權(quán)）人: 東莞理工學(xué)院
• 主分類號: C01G51/04
• 分類號: C01G51/04;H01M4/52;H01M10/0525;G01N27/30
• 代理公司: 北京匯彩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11563
• 代理人: 李艷杰

本發(fā)明涉及一種四氧化三鈷的無溶劑合成方法及應(yīng)用，將二價鈷源與堿源通過固相研磨的方法充分混合，然后靜置加熱即可形成，不使用任何的溶劑，而且操作溫度相對溫和，合成的時空效率較高，對丙酮、甲苯等氣體也有較好的氣敏性能，除此之外，無溶劑法合成的四氧化三鈷具有較高的電容密度，在電池負(fù)極材料的應(yīng)用也有較好的前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開了一種四氧化三鈷的無溶劑合成方法及其應(yīng)用，涉及四氧化三鈷的合成與應(yīng)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)

四氧化三鈷是一種寬禁帶寬度的半導(dǎo)體材料，禁帶寬度為2.1eV，可以用于鋰離子電池(Mater.Res.Bull.,1997,32,9-14)、氣體傳感器(Sens.Actuators,B,2010,146,183-189)、超級電容(J.Power Sources,2010,195,1757-1760)、磁性材料(J.Magn.Magn.Mater.,2002,246,184-190)、多相催化劑(Chem.Mater.,2002,14,3090-3099)等領(lǐng)域。

除了在上述方面的潛在應(yīng)用外，四氧化三鈷在鋰離子電池負(fù)極材料也極具應(yīng)用前景。目前廣泛應(yīng)用的商業(yè)化石墨類碳負(fù)極材料具有良好的循環(huán)性能，但其比容量(300～350mA·h/g)較低.不能滿足高比能量電池的發(fā)展要求。迫切需要進(jìn)行新型高容量負(fù)極材料的探索和研究。三氧化二鐵(Fe₂O₃)、四氧化三鈷(Co₃O₄)、氧化鎳(NiO)、二氧化錳(MnO₂)、二氧化鈦(TiO₂)和二氧化錫(SnO₂)等金屬氧化物具有良好的電化學(xué)性能，非常有希望成為鋰離子電池負(fù)極材料。在這些金屬氧化物中，四氧化三鈷由于具有很高的理論容量，在作為鋰電池負(fù)極材料方面被廣泛研究。四氧化三鈷理論比容量達(dá)到890mA·h/g，是石墨烯理論容量372mA·h/g的2倍多，極有希望成為下一代鋰離子電池負(fù)極材料。

鑒于四氧化三鈷的重要工業(yè)應(yīng)用，其低成本合成方法是材料領(lǐng)域重點(diǎn)研究方向。

專利CN101269848A一種高密度球形四氧化三鈷的制備方法，它按下述步驟進(jìn)行：①、首先用去離子水分別將工業(yè)級的鈷鹽與添加劑配制成鈷鹽濃度為0.5M～10M、添加劑濃度為0.05M～5M的溶液；②、用去離子水將工業(yè)級的堿性沉淀劑、絡(luò)合劑配成堿性沉淀劑濃度為1M～15M、絡(luò)合劑濃度為0.05M～5M的溶液；③、打開反應(yīng)容器的攪拌，先投入1升的去離子水做底水，并將底水加熱到30℃～70℃。按①∶②＝1.00∶1～4.0，將①、②兩種溶液同時加入到反應(yīng)容器中，控制PH值9～13.5，反應(yīng)生成的沉淀溢流在另一容器中陳化4～10小時即可；④、然后過濾③項(xiàng)的沉淀，并用濾餅的3～10倍重量的去離子水洗滌1～5次，直到PH小于7.5，然后過濾，濾餅在70～120℃的烘箱中烘4～15小時，即可烘干；⑤、取④項(xiàng)的烘干粉末在350～900℃溫度下煅燒2～10小時，得到純度≥99.5％的高密度球形四氧化三鈷。該四氧化三鈷的合成方法屬于有水合成方法，工業(yè)合成時將產(chǎn)生大量的廢水。含鈷工業(yè)廢水處理難度大，環(huán)保成本高。

無溶劑合成是一種綠色經(jīng)濟(jì)的粉末材料合成方法，因?yàn)楹铣蓵r避免溶劑的使用，僅通過將合成使用的固體原料進(jìn)行固相充分研磨，然后密閉加熱的方法制備得到所需粉末材料。無溶劑合成方法目前已被報道用于多種納米材料的化學(xué)合成，包括ZSM-5等工業(yè)分子篩(JACS,2015,137,1052-1055,JACS,2014,136,4019-4025,Angew.Chem.-Int.Edit.,2013,52,9172-9175)、金屬有機(jī)框架材料[Cu(INA)₂](CrystEngComm,2006,8,211-214)和MAF-4(Chem.Commun.,2011,47,9185-9187)等多孔材料。

四氧化三鈷尚未見無溶劑合成方法的報道。

發(fā)明內(nèi)容