[發(fā)明專利]一種中空球型CuO/Co3

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111188618.1
• 申請日: 2021-10-12
• 公開（公告）號: CN113948690B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王紅康;陸薈穎;姚天浩
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/52;H01M10/0525
• 代理公司: 北京慕達星云知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 崔自京

本發(fā)明公開了一種中空球型CuO/Cosubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;復(fù)合材料及其制備方法，屬于鋰離子電池電極材料的制備與應(yīng)用領(lǐng)域。本發(fā)明以硝酸銅(II)半(五水合物)作為銅源，六水合硝酸鈷作為鈷源，以異丙醇作為溶劑，甘油作為絡(luò)合劑，通過溶劑熱反應(yīng)即可得到球形規(guī)整的中空銅鈷甘油前驅(qū)體，而后通過空氣下退火處理得到了中空球型CuO/Cosubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;復(fù)合材料。該發(fā)明提出了一種直接制備中空結(jié)構(gòu)的納米球體前驅(qū)體的方法，其尺寸、形貌可控，方法簡單。以所得中空球形結(jié)構(gòu)CuO/Cosubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;作為鋰離子電池負極材料，表現(xiàn)出了優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和較高的儲鋰比容量。本發(fā)明方法制備簡便，結(jié)構(gòu)可控，所制備材料性能優(yōu)異。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池電極材料的制備與應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種中空球型銅鈷復(fù)合氧化物(CuO/Co₃O₄)負極材料的制備方法。

背景技術(shù)

能源和環(huán)境是人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要主題，而隨著人類社會的不斷發(fā)展，全球?qū)δ茉吹男枨罅咳找嬖龃螅@使得人們過度開采化石能源，煤炭、石油、天然氣等不可再生能源，其持續(xù)消耗使得環(huán)境污染、能源枯竭等問題日益突出。在環(huán)境惡化和能源危機的雙重脅迫下，大力發(fā)展清潔可再生的新型能源已經(jīng)成為了全球共識，但是新能源具有時間和地域上的不確定性，能量的不穩(wěn)定性，限制其進一步發(fā)展。而電化學儲能技術(shù)能有效解決這一難題，二次電池作為電化學儲能的關(guān)鍵器件受到了世界各國的廣泛關(guān)注。與鉛酸電池等傳統(tǒng)電池相比，鋰離子電池摒棄了對環(huán)境有害的重金屬元素，采用了對環(huán)境無污染，自然界存儲量高的鋰金屬元素。同時和鎳鎘、鎳氫電池相比，鋰離子電池具有高能量密度，無記憶效應(yīng)，高電壓等優(yōu)點，是一種極具應(yīng)用價值與前景的二次電池。

然而，自1991年日本Sony公司將鋰離子電池商業(yè)化以來，目前大多數(shù)商用鋰離子電池負極采用導(dǎo)電性較高的石墨，但是石墨的理論容量僅有372mAh/g。盡管隨著研究人員的不斷研究探索使得石墨的實際容量無比接近理論容量，但依舊極大的限制了鋰離子電池在高能量密度如電動汽車、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域的應(yīng)用。為了滿足不斷增長的需求，我們亟需開發(fā)新一代的鋰離子電池，也就必須要解決低容量的問題，因此，尋找新型高容量負極材料也就成為了亟待探索的研究方向。

隨著研究的進行，過渡金屬氧化物以其理論比容量高、儲量豐富、環(huán)境友好、成本低廉等優(yōu)點，成為下一代高能密度鋰離子電池負極材料的研究熱點，其中Co₃O₄(890mAh/g)和CuO(674mAh/g)因其理論容量高、制備簡單、應(yīng)用廣泛而受到廣泛關(guān)注。盡管上述材料理論容量很高，但其自身導(dǎo)電性差和充放電過程中體積膨脹變化大等缺點導(dǎo)致其材料易粉化，從而循環(huán)穩(wěn)定性差，容量容易快速衰減。

為了解決上述存在的問題，提升負極材料電化學性能，研究人員探索了相應(yīng)的改性方法，如納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)建和異質(zhì)結(jié)構(gòu)的合成等。通過構(gòu)建合理的納米結(jié)構(gòu)，如納米纖維、納米球、納米花等，可以縮短鋰離子的擴散路徑，與電解質(zhì)充分接觸，促進電子/鋰離子的快速傳輸，這些改進都有利于電極容量的提升。同時異質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成，這一將不同的活性金屬氧化物結(jié)合到單個電極中，可以增強表面反應(yīng)動力學，促進電荷傳輸，逐步進行電化學反應(yīng)，有效緩解電極體積膨脹的問題，從而有效提高電極的循環(huán)穩(wěn)定性。結(jié)合以上策略，本發(fā)明開發(fā)了一種具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)的中空球型CuO/Co₃O₄負極材料。中空球型結(jié)構(gòu)能夠與電解液充分接觸，有效縮短鋰離子擴散路徑，同時異質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成能夠有效緩解體積膨脹問題，增強表面反應(yīng)動力學，在以上協(xié)同作用下，所制備的CuO/Co₃O₄復(fù)合材料作為鋰離子電池電極材料時表現(xiàn)出了較高的比容量和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種簡單、高效的合成方法，一步實現(xiàn)制備了具有中空結(jié)構(gòu)的形貌規(guī)整的銅鈷金屬復(fù)合氧化物。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：