[發明專利]氧化亞鈷分級介孔納米球@二氧化鈦@碳復合材料及其制備和應用

有效

• 申請號: 202110168893.0
• 申請日: 2021-02-07
• 公開（公告）號: CN113013411B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 楊秋合;袁永鋒
• 申請（專利權）人: 杭州職業技術學院
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/52;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 高佳逸;胡紅娟

本發明公開了一種氧化亞鈷分級介孔納米球@二氧化鈦@碳復合材料，氧化亞鈷分級介孔納米球由CoO納米晶組裝而成，氧化亞鈷分級介孔納米球的表面依次包覆有由TiO₂納米晶組成的TiO₂包覆層和非晶態碳層。本發明還公開了所述氧化亞鈷分級介孔納米球@二氧化鈦@碳復合材料的制備方法：首先合成Co甘油球，然后通過碳化和氧化形成CoO分級介孔納米球，之后在其表面包覆一層TiO₂和一層RF樹脂，碳化煅燒后獲得最終產物。本發明可提高CoO的電化學活性和結構穩定性，使其具有高的放電比容量和良好的循環性能、倍率性能。CoO分級介孔納米球@TiO₂@C復合材料作為鋰離子電池負極材料具有重要的應用價值。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體涉及一種氧化亞鈷(CoO)分級介孔納米球@二氧化鈦(TiO₂)@碳(C)復合材料及其制備和應用。

背景技術

可充電鋰離子電池(LIBs)已經成為便攜式電子產品和電動汽車的主要電源。然而，石墨作為最常見的商業負極材料，由于其理論容量低、倍率性能差，已經限制了LIBs的進一步發展。為了滿足人們對儲能系統日益增長的需求，開發高比容量、長壽命的先進負極材料已成為國內外研究的熱點。在眾多有前途的負極材料候選者中，CoO因其低成本、高理論容量(716mAh g^-1)和環境友好性而受到廣泛關注。然而，挑戰依然存在。對于CoO，由于其電子導電性差、離子擴散動力學緩慢、Li⁺嵌入引起的體積膨脹大，導致其結構嚴重不穩定，容量衰減迅速，比容量低，速率性能差。

為了克服上述問題，提高CoO的鋰存儲性能，目前采取的策略主要是對CoO進行納米化設計，同時復合高導電材料，如各類碳材料。類似的工作如公開號為CN105958060A的發明專利公開了一種Super P/CoO自組裝多孔納米棒狀復合物，公開號為CN106654193A的發明專利公開了一種多孔CoO@氮摻雜碳同軸納米棒。不過，對于CoO基復合材料而言，當CoO和復合對象的結合力較弱時，納米CoO在反復充放電循環過程中很難避免自聚集。另外，對于常見的復合結構，CoO納米材料在復合后很容易失去高比表面積的特性，或者由于碳在復合材料中使用過多導致復合材料整體比容量下降。因此，CoO基分級多孔組裝結構成為替代CoO常規納米復合材料的一個有重要發展潛力的新結構，不過，如何設計并構建新穎的CoO基分級多孔組裝材料還有待深入研究。

發明內容

針對上述技術問題以及本領域存在的不足之處，本發明提供了一種氧化亞鈷分級介孔納米球@二氧化鈦@碳復合材料。本發明可提高CoO的電化學活性和結構穩定性，使其具有高的放電比容量和良好的循環性能、倍率性能。CoO分級介孔納米球@TiO₂@C復合材料作為鋰離子電池負極材料具有重要的應用價值。

一種氧化亞鈷分級介孔納米球@二氧化鈦@碳復合材料，所述氧化亞鈷分級介孔納米球由CoO納米晶組裝而成，所述氧化亞鈷分級介孔納米球的表面依次包覆有由TiO₂納米晶組成的TiO₂包覆層和非晶態碳層。

優選地，所述CoO納米晶的尺寸為3-50nm，所述氧化亞鈷分級介孔納米球的直徑為100-1000nm。

優選地，所述TiO₂納米晶的尺寸為1-20nm，所述TiO₂包覆層的厚度為30-300nm。

優選地，所述非晶態碳層的厚度為3-100nm。

所述非晶態碳層優選由間苯二酚-甲醛(RF)樹脂碳化形成。

本發明還提供了所述的氧化亞鈷分級介孔納米球@二氧化鈦@碳復合材料的制備方法，包括步驟：