[發明專利]一種類芬頓催化反應制備四氧化三鈷粉體的方法

在審

• 申請號: 202010438716.5
• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN111620386A
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 李世友;宋如;崔孝玲;張棟強;東紅;丁浩;李春雷;王詩敏;蘆紅莉
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學
• 主分類號: C01G51/04
• 分類號: C01G51/04
• 代理公司: 蘭州振華專利代理有限責任公司 62102
• 代理人: 董斌

一種類芬頓催化反應制備四氧化三鈷粉體的方法，屬于鋰離子電池和燃料電池等儲能領域，具體涉及一種鋰離子電池負極材料四氧化三鈷粉體的制備方法。所述的制備方法包括：首先稱取少量的鈷鹽做催化劑，金屬鈷粉為原料，超聲分散于蒸餾水中，然后加入少量30%的過氧化氫溶液。在一定的pH下，鈷鹽催化過氧化氫產生超氧負離子和羥基自由基強氧化劑，可氧化金屬鈷粉成四氧化三鈷，經離心分離后在烘箱中干燥，研磨后過篩，可得微納米的四氧化三鈷粉體。該方法采用鈷粉做原料，沒有高溫煅燒，節省了熱能，可有效的降低生產成本，而且工藝簡單、重現性好和易于實施，適合大規模生產。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池四氧化三鈷粉體材料的制備技術，屬于鋰離子電池金屬氧化物負極材料技術領域。

背景技術

隨著現代工業的迅速發展，能源短缺和環境污染成為影響當今人類社會發展和生活質量的兩大難題。鋰離子電池具有能量密度高、循環壽命長、安全性好等優點，已廣泛應用于通信、交通、儲能等多種領域。目前鋰離子電池負極材料石墨的理論容量只有372mAh/g，幾乎被發揮到了極限，不能滿足高性能電池的應用，難以實現電池能量密度的突破。因此，更高容量、倍率性能和長循環壽命的負極材料成為國內外研究者追逐的目標。其中，過渡金屬氧化物四氧化三鈷（Co₃O₄）理論容量是石墨的2～3倍，且其優異的氧化還原性能、多樣性的晶體結構和可變的化學價態，廣泛應用于電極材料、催化、磁性材料等領域，具有很大的應用前景。

目前四氧化三鈷粉體的制備方法主要有微乳液法，溶膠-凝膠法，水熱法，溶劑熱法，沉淀法等。中國專利201110453871.5公開了一種以硝酸鈷、乙二醇、去離子水和葡萄糖為原料，利用水熱法合成四氧化三鈷的制備方法；Zhu等人以硝酸鈷，碳酸氫銨，硫酸銨，乙醇為原料，利用沉淀法制備了四氧化三鈷(C.Zhu,G.Saito,T.Akiyama,Journal of Alloysand Compounds.646(2015)639-646.)，這些制備方法存在步驟多，設備復雜，熱能消耗多，反應條件苛刻等缺點。如水熱法的設備成本比較高，操作復雜，反應溫度高，難以大規模生產。溶膠-凝膠法是制備的催化劑摻雜組分均勻分布，但是在干燥時液體表面張力會導致孔隙塌陷和收縮，材料機械強度低、成型性差。

綜上所述，現有的制備四氧化三鈷方法，原料成本高，且條件苛刻，方法操作較復雜，能耗高，需要進一步完善。

發明內容

本發明的目的是提供一種類芬頓催化反應制備四氧化三鈷粉體的方法。

本發明是一種類芬頓催化反應制備四氧化三鈷粉體的方法，其步驟為：

步驟（1）稱取一定量的鈷粉，少量的鈷鹽，采用超聲的方法將其均勻分散于蒸餾水中；

步驟（2）將步驟（1）所得溶液置于烘箱中，調整其pH值在一定的范圍內，在其中加入少量30%的過氧化氫溶液，然后控制一定的反應溫度；

步驟（3）將步驟（2）得到的溶液反應一段時間后，過氧化氫產生的羥基自由基和超氧負離子將鈷粉氧化為四氧化三鈷；用離心機進行固液分離，固體產物經烘箱干燥后，經研磨可得微納米的鋰離子電池負極材料四氧化三鈷。

本發明的類芬頓催化氧化技術被認為是一種有效的新型高級氧化方法，在催化劑的激發下，雙氧水會產生強氧化性的超氧負離子和羥基自由基，是除氟之外最強的無機氧化劑，具有很強的氧化性，且反應條件溫和、效率高、操作簡單。本發明報道了一種制備四氧化三鈷粉體材料的方法，該方法原料成本低，能耗低，具有清潔，綠色無污染，工藝簡單，易于實施，期望成為新的方法和手段。

附圖說明

圖1 為實施例制備的四氧化三鈷材料的XRD圖，圖2 為實施例制備的四氧化三鈷材料的元素鈷2P能譜圖，圖3為實施例制備四氧化三鈷材料鋰離子電池循環性能圖。

具體實施方式