納米線型碳酸鈷負極材料的合成方法與流程
2023-06-14 05:04:23 2
本發明涉及鋰離子電子製備技術，具體的，其展示一種納米線型碳酸鈷負極材料的合成方法。
背景技術：
二十世紀以來，隨著人類社會的不斷發展，對能源的需求日益增長，能源的短缺甚至枯竭成為人類繼續發展的瓶頸，人民迫切的需要找到一種新型的、廉價的、儲能效率高的、對環境友好的電池材料。七十年代能源危機以來，以鋰與過渡金屬化合物為儲能材料的新型電池登上歷史舞臺，與過去的二次電池相比，鋰離子二次電池擁有電壓高、能力密度大、循環性能好等突出優點。
鋰離子電池的性能很大程度上更取決於負極材料。商用負極材料石墨的理論容量只有372mAh/g，難以滿足市場對動力電池能量密度的更高要求。高容量型負極材料過渡金屬氧化物MO(M＝Ni，Co，Mn，Fe，Cu)如NiO，Co3O4，MnO，Fe3O4等被研究者們所關注，轉換機理廣泛存在於金屬氧化物負極材料中，從而使得負極容量得到極大的提高。Poizot等人(Poizot,P.,S.Laruelle,S.Grugeon,et al.,Nano-sized transition-metal oxides as negative-electrode materials for lithium-ion batteries[J].Nature,2000.407(6803):496-499)探索金屬氧化物負極容量可達700mAh/g。
而Tirado課題組(Aragón,M.,C.Pérez-Vicente and J.Tirado,Submicronic particles of manganese carbonate prepared in reverse micelles:A new electrode material for lithium-ion batteries[J].Electrochemistry communications,2007.9(7):1744-1748)研究發現碳酸鹽負極容量遠高於按照轉換機理得出的理論容量。Zhou課題組(Su,L.,Z.Zhou,X.Qin,et al.,CoCO 3submicrocube/graphene composites with high lithium storage capability[J].Nano Energy,2013.2(2):276-282)認為反應過程中產生的納米化過度金屬顆粒對其中CO32+有催化作用，使得C4+被還原為C0或者其他價態的碳，從而放出更高的容量。
因此，有必要製備一種納米線型碳酸鹽負極材料，其可極大程度的提高鋰離子電池的性能。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種納米線型碳酸鈷負極材料的合成方法，其製備所得的納米線型碳酸鈷負極材料的可逆容量達到1200mAh/g，高於市面上石墨負極容量三倍有餘，極大提高了鋰離子電池的性能。
本發明通過如下技術方案實現上述目的：
一種納米線型碳酸鈷負極材料的合成方法，包括如下步驟：
1)按照鈷鹽：尿素＝1:5-1:1摩爾質量比配比混合物；
2)將混合物中加入去離子水，進行攪拌充分溶解完全得到混合物溶液；
3)將混合物溶液置入反應釜中進行密封后進行旋轉製備得到反應產物；
4)反應釜冷卻後，取出反應產物，去除上層清液，並進行洗滌，後置入烘箱內進行烘乾，製備得到烘乾產物；
5)將烘乾產物置於N2氣氛條件下進行熱處理，去除結晶水，並最終得到納米線型碳酸鈷負極材料。
進一步的，步驟3)中，反應釜溫度為80℃-200℃，旋轉時間為1h-24h。
進一步的，步驟3)中，反應釜的轉速為0rpm-600rpm。
進一步的，步驟4)中，洗滌為離子水與無水乙醇各衝洗n+1次。
進一步的，步驟4)中，烘乾溫度為50℃-100℃。
進一步的，步驟5)中，熱處理溫度為100℃-400℃。
其中：
碳酸鈷負極作為負極材料，擁有超過常規轉換機制的巨大容量；
本發明的納米線型碳酸鈷負極材料的合成方法使材料在反應過程趨向於更易結晶方向生長，製備得出呈納米線型的碳酸鈷材料，其用做鋰離子電池的負極材料可逆容量達到1200mAh/g，高於市面上石墨負極容量三倍有餘。
與現有技術相比，本發明的納米線型碳酸鈷負極材料的合成方法，其製備所得的納米線型碳酸鈷負極材料的可逆容量達到1200mAh/g，高於市面上石墨負極容量三倍有餘，極大提高了鋰離子電池的性能。
附圖說明
圖1是本發明的實施例1製備所得的納米線型碳酸鈷負極材料表面的掃描電子顯微圖；
圖2是本發明的實施例2實施例2製備所得納米線型碳酸鈷負極材料的恆電流測試結果示意圖。
具體實施方式
實施例1：
本實施例展示一種納米線型碳酸鈷負極材料的合成方法，包括如下步驟
1)稱取3.1125g四水醋酸鈷和3.75g尿素，加入到125ml去離子水中，攪拌溶解完全後，轉移至反應釜中進行密封后旋轉，轉速300rpm，溫度160℃，反應12h，製備得到反應產物；
2)反應釜冷卻至室溫後，取出反應產物，去除上層清夜，用去離子水與無水乙醇各衝洗3+1次，後置入60℃烘箱烘乾，製備得到烘乾產物；
3)將烘乾產物放置在200℃的N2氣氛條件下進行熱處理，去除結晶水，被最終得到納米線型碳酸鈷負極材料。
請參閱圖1，其展示本實施例製備所得的納米線型碳酸鈷電極材料的表面的掃描電子顯微圖，從中可看出碳酸鈷並沒有形成二次粒子，均呈納米線型分布，這樣的形貌大大增加了比表面積，製作漿料時，提高電極材料與導電劑接觸面積，進而提升其導電性能。
實施例2：
本實施例展示一種納米線型碳酸鈷負極材料的合成方法，包括如下步驟
1)稱取3.1125g四水醋酸鈷和0.75g尿素，加入到125ml去離子水中，攪拌溶解完全後，轉移至反應釜中進行密封后旋轉，轉速100rpm，溫度80℃，反應2h，製備得到反應產物；
2)反應釜冷卻至室溫後，取出反應產物，去除上層清夜，用去離子水與無水乙醇各衝洗3+1次，後置入50℃烘箱烘乾，製備得到烘乾產物；
3)將烘乾產物放置在100℃的N2氣氛條件下進行熱處理，去除結晶水，被最終得到納米線型碳酸鈷負極材料。
請參閱圖2，其展示本實施例製備所得的納米線型碳酸鈷負極材料的循環圖與充放電曲線，其中(a)為首圈與次圈的充放電曲線，(b)為放電循環圖；如圖所示，碳酸鈷材料首圈放出接近2000mAh/g的巨大容量，次圈可逆容量也達到了1400mAh/g，0.2mA電流下循環，並沒有出現太大的衰減。
實施例3：
1)稱取3.1125g四水醋酸鈷和1.5g尿素，加入到125ml去離子水中，攪拌溶解完全後，轉移至反應釜中進行密封后旋轉，轉速600rpm，溫度100℃，反應24h，製備得到反應產物；
2)反應釜冷卻至室溫後，取出反應產物，去除上層清夜，用去離子水與無水乙醇各衝洗3+1次，後置入100℃烘箱烘乾，製備得到烘乾產物；
3)將烘乾產物放置在400℃的N2氣氛條件下進行熱處理，去除結晶水，被最終得到納米線型碳酸鈷負極材料。
實施例3和實施例2與實施例1製備所得的納米線型碳酸鈷負極材料各項性能差別交小，其目的在於展示通過不同添加比例以及不同溫度和反應時間製備所得的納米線型碳酸鈷負極材料的性能指標穩定。
與現有技術相比，實施例1-3分別所展示的納米線型碳酸鈷負極材料的合成方法，其製備所得的納米線型碳酸鈷負極材料的可逆容量達到1200mAh/g，高於市面上石墨負極容量三倍有餘，極大提高了鋰離子電池的性能。
以上所述的僅是本發明的一些實施方式。對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明創造構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。