[發明專利]三維核殼納米花陣列材料的制備方法及其產品和應用

在審

• 申請號: 202111459785.5
• 申請日: 2021-12-02
• 公開（公告）號: CN114156454A
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 崔大祥;吳曉燕;林琳;王敬鋒;陳超
• 申請（專利權）人: 上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/52;H01M4/58;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 上海東亞專利商標代理有限公司 31208
• 代理人: 董梅

本發明提供一種三維核殼納米花陣列材料的制備方法及其產品和應用，鈷鹽、氟化銨和尿素溶于去離子水中，攪拌轉入反應釜中，然后將干凈的鋅條置于反應釜中，密封反應，冷卻至室溫，鋅片用去離子水和乙醇洗滌；將可溶性鋅鹽、尿素溶于去離子水中，將其轉入含有鋅片的反應釜中反應，用去離子水和乙醇洗滌；將硫化銨溶于去離子水中，向含有鋅片的反應釜中加入溶有尿素水溶液，逐滴滴加硫化銨溶液，反應；取出鋅片，烘干；將鋅片置于惰性氣體中，煅燒得最終產物。該制備方法簡單，工藝條件容易實現，能量消耗低，且制備無污染。

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池負極材料的技術領域，具體為一種三維核殼納米花陣列材料的制備方法及其產品和應用。

背景技術

隨著社會的發展，鋰離子電池備受關注。鋰離子電池是目前世界上最為理想的可充電電池，它不僅具有能量密度大、循環壽命長、無記憶效應及污染小等優點。隨著技術的進步，鋰離子電池將廣泛應用于電動汽車、航空航天及生物醫藥等領域，因此，研究與開發動力用鋰離子電池及相關材料具有重大的意義。對于動力用鋰離子電池而言，其關鍵是提高功率密度和能量密度，而功率密度和能量密度提高的根本是電極材料，特別是負極材料的改善。

自上世紀90年代初，日本的科技工作者開發出了層狀結構的碳材料，碳材料是最早為人們所研究并應用于鋰離子電池商品化的材料，至今仍是大家關注和研究的重點之一，但是碳負極材料存在一些缺陷：電池化成時，與電解液反應形成SEI膜，導致電解液的消耗和較低的首次庫倫效率；電池過充時，可能會在碳電極表面析出金屬鋰，形成鋰枝晶造成短路，導致溫度升高，電池爆炸；另外，鋰離子在碳材料中的擴散系數較小，導致電池不能實現大電流充放電，從而限制了鋰離子電池的應用范圍。

三維Co₃O₄@ZnCo₂S₄核殼納米花陣列材料作為鋰離子電池負極材料，通過Co₃O₄@ZnCo₂S₄核殼結構，以及納米花狀陣列具有較高的比表面積，進而提高了Li+儲存容量。該材料被認為是一種具有前途的鋰離子電池負極材料。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明目的在于提供一種三維核殼納米花陣列材料的制備方法。

本發明的再一目的在于：提供上述方法制備的三維核殼納米花陣列材料產品。

本發明的又一目的在于：提供上述產品的應用。

本發明目的通過下述方案實現，一種三維核殼納米花陣列材料的制備方法，所述三維核殼納米花陣列材料為Co₃O₄@ZnCo₂S₄，經過三步水熱法制備得到的，具體步驟為：

第一步：將鈷鹽、氟化銨和尿素溶于去離子水中，其中鈷鹽、氟化銨和尿素的摩爾量比為2：8：10，溶于40 mL去離子水中磁力攪拌30~60 min轉入100 mL反應釜中，然后將干凈的鋅條置于反應釜中，密封，100~120 ℃反應9~12 h，冷卻至室溫，鋅片用去離子水和乙醇洗滌3~5次；

第二步：將可溶性鋅鹽、尿素溶于另外的40 mL去離子水中，其中鋅鹽、尿素與上述鈷鹽的摩爾比為1：1：2，將其轉入含有鋅片的反應釜中，100~120 ℃反應6~8 h，用去離子水和乙醇洗滌3~5次；

第三步：將硫化銨溶于去離子水中，向步驟二中含有鋅片的反應釜中加入溶有尿素水溶液，逐滴滴加4~6滴硫化銨溶液，反應在100~120 ℃反應8~12 h；取出鋅片，置于真空烘箱60~80 ℃過夜烘干；

第四步：將步驟三中的鋅片置于惰性氣體中，300~400℃煅燒3~5 h，得最終產物。

所述的鈷鹽是硝酸鈷、醋酸鈷或檸檬酸鈷中的一種或其組合。

所述的鋅鹽是硝酸鋅、醋酸鋅或檸檬酸鋅中的一種或其組合。