[發(fā)明專利]一種棒狀多孔四氧化三鈷/納米管二氧化錳負(fù)極材料及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011244167.4
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112490422B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹志桄;蘇梓學(xué);丘勇才
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/50;H01M4/52;H01M4/02;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 雷月華

本發(fā)明公開了一種棒狀多孔四氧化三鈷/納米管二氧化錳負(fù)極材料及其制備方法與應(yīng)用，屬于鋰離子電池材料領(lǐng)域。該方法包括以下步驟：(1)將高錳酸鉀與濃鹽酸水熱反應(yīng)，得到納米管二氧化錳；(2)將納米管二氧化錳加入甲醇中得到二氧化錳甲醇溶液，并取二氧化錳甲醇溶液先加入2?甲基咪唑甲醇溶液中，然后加入六水合硝酸鈷甲醇溶液中，靜置，得到有機(jī)金屬框架/二氧化錳復(fù)合物；(3)將步驟(2)中得到的有機(jī)金屬框架/二氧化錳復(fù)合物高溫煅燒得到棒狀多孔四氧化三鈷/納米管二氧化錳負(fù)極材料。本發(fā)明得到棒狀多孔空心結(jié)構(gòu)的金屬氧化物復(fù)合物，該結(jié)構(gòu)能夠緩解材料在充放電過程中的體積膨脹問題，在鋰離子電池領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池材料領(lǐng)域，具體涉及一種棒狀多孔四氧化三鈷/納米管二氧化錳負(fù)極材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

伴隨著能源問題和環(huán)境問題，人類對高比容量鋰離子電池的需求越來越迫切。如何實(shí)現(xiàn)鋰離子電池的高容量、大功率和長壽命，依賴于其中各核心部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能提升。目前，市場上普遍應(yīng)用的鋰離子電池負(fù)極材料主要是石墨-碳負(fù)極材料，分為石墨類、硬碳類和軟碳類材料等幾種形式。過渡金屬氧化物由于其供選擇的種類眾多且體積效應(yīng)較小，已成為研究熱點(diǎn)之一。過渡金屬氧化物優(yōu)勢主要在于：(1)具有較高的理論比容量；過渡金屬氧化物的理論比容量遠(yuǎn)高于目前商用碳材料的理論比容量(372mAh/g)，如MnO₂為1232mAh/g,Fe₂O₃為1007mAh/g、Fe₃O₄為924mAh/g、Co₃O₄為890mAh/g、CuO為673mAh/g等；(2)二氧化錳和四氧化三鈷具有較低的放電平臺，約為0.4V和0.6V；這兩個過渡金屬氧化物電壓明顯低于其他過渡金屬氧化物負(fù)極材料的電壓平臺，如Fe₂O₃為0.7-0.9V、CuO約為0.9V；(3)二氧化錳具有多樣的晶體結(jié)構(gòu)可供選擇(如α相、β相、γ相等)；(4)二氧化錳還具有豐富的自然儲量、低廉的價格、環(huán)境污染較小等許多優(yōu)點(diǎn)；(5)過渡金屬氧化物雜化結(jié)構(gòu)能夠保留各組分的優(yōu)勢，同時提供協(xié)同效應(yīng)，提高物理化學(xué)性質(zhì)，如電化學(xué)反應(yīng)性和機(jī)械穩(wěn)定性。但是，過渡金屬氧化物作為鋰離子電池的負(fù)極材料，有著許多缺點(diǎn)：(1)過渡金屬氧化物本身的導(dǎo)電性較差，不利于充放電過程中的電荷傳遞；(2)過渡金屬氧化物在充放電的過程中，容易發(fā)生顯著的體積變化，導(dǎo)致電極材料粉化，彼此之間連接減少，體系電阻增加；或者從集流體表面脫落，造成活性物質(zhì)損失。

為解決上述問題，人們采取了很多方法，如合成氧化鐵/氧化鈷雜化材料如Fe₂O₃@Co₃O₄@C復(fù)合納米材料，F(xiàn)e₂O₃@Co₃O₄納米線，Co₃O₄@Fe₂O₃核殼針狀納米結(jié)構(gòu)。此外，層狀空心納米結(jié)構(gòu)是一種有效的方法來緩解充放電過程中的體積變化。多孔結(jié)構(gòu)不僅可以降低鋰離子的擴(kuò)散路徑，同時還具有較大的比表面積與電解液充分接觸。因此，合成棒狀多孔納米結(jié)構(gòu)的四氧化三鈷/二氧化錳雜化材料可以有效提高電池的儲鋰性能。

發(fā)明內(nèi)容

針對以上現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一種棒狀多孔四氧化三鈷/納米管二氧化錳負(fù)極材料的制備方法。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述方法制備得到的棒狀多孔四氧化三鈷/納米管二氧化錳負(fù)極材料。

本發(fā)明的目的在于提供上述棒狀多孔四氧化三鈷/二氧化錳負(fù)極材料在鋰離子電池等領(lǐng)域的應(yīng)用。

本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

一種棒狀多孔四氧化三鈷/納米管二氧化錳負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟：