一种富纳米片的Co/CoO/Co3O4多孔复合材料及其制备方法和应用

本发明涉及能源材料领域，具体涉及一种富纳米片的co/coo/co3o4多孔复合材料及其制备方法和在制备锂离子电池电极材料中的应用。

背景技术：

1、可再生清洁能源的使用促进了储能系统的发展。锂离子电池同其他电池相比，具有循环寿命长、自放电低、能量密度高、输出电压高、无记忆效应且环境友好等显著优点，广泛应用于便携式电子设备、电动汽车、储能领域等。电极材料对锂离子电池的性能起到决定性作用，过渡金属氧化物因其较高的理论容量而有望成为下一代锂离子电池负极材料，但由于其充放电过程中体积膨胀大，本征导电性差，稳定性低，导致其较差的电化学性能，从而阻碍了实际应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中存在的过渡金属氧化物由于体积膨胀大导电性低而导致电化学性能较差的问题，提供一种富纳米片的co/coo/co3o4多孔复合材料及其制备方法和应用。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种富纳米片的co/coo/co3o4多孔复合材料的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、将乙酸钴、乙二胺四乙酸与乙二醇加入至去离子水中，加热搅拌得到紫色均匀澄清透明的溶液，随后加入硝酸，充分搅拌后，加入氨水调节ph，得到前驱体溶液；

4、s2、将前驱体溶液移至电子万用炉上加热，溶液燃烧生成粉末状前驱体产物；

5、s3、将粉末状前驱体产物置于坩埚中，于空气气氛中进行煅烧，自然冷却后得到富纳米片的co/coo/co3o4多孔复合材料。

6、优选地，所述乙酸钴与乙二胺四乙酸的摩尔比为2～6，乙二醇与乙二胺四乙酸的摩尔比为0.5～3。

7、优选地，所述s1中的加热搅拌的温度为60℃，搅拌时间不少于15min。

8、优选地，所示s1中加入的硝酸与钴离子的摩尔比为2:1。

9、优选地，所述s1中所用氨水的质量浓度为25％-28％，加入氨水调节ph为5.5-6.0。

10、优选地，所述s2中电子万用炉额定功率为1kw。

11、进一步优选，所述s3中煅烧的温度为350～450℃，煅烧时间为0.5～2h。

12、本发明同时提供了上述制备方法制备得到的富纳米片的co/coo/co3o4多孔复合材料及其作为锂离子电池电极材料的应用。

13、本发明所具有的有益效果：

14、1、本发明制备的富纳米片多孔结构的富纳米片的co/coo/co3o4多孔复合材料，可有效缓解充放电过程中的体积膨胀效应，该效果一方面源于coo和co3o4在与锂反应时在不同的电位被还原，可以实现分步还原，避免同时还原所带来的应力集中问题，另一方面源于纳米片和孔道结构的协同构筑可以有效地提高电极材料的孔隙率，从而可降低锂离子嵌入时形成的应力，从而助力解决因体积膨胀而导致的电极粉化脱落、电池容量保持率较差的难题；

15、2、本发明制备的富纳米片的co/coo/co3o4多孔复合材料中，可有效改善离子和电子的输运，降低电极的极化，助力提升电池的有效容量，该效果源于：第一，纳米片与孔道结构能够有效增加活性材料的有效反应面积，从而提高活性材料的利用率，缩短锂离子和电子的扩散路径，助力提升离子和电子的扩散通量；第二，钴金属单质可有效提升电子电导，此外钴与钴氧化合物之间可形成三相耦合的异质界面，在异质界面内能带结构得到有效调控并形成加速电荷输运的内部电场，从而能增强反应动力学，提高复合材料本征导电性，从而提供优异的电化学容量。

16、3、本发明针对金属氧化物电极材料所存在的技术难题，使用微孔道结构的设计以及合理的组分配置策略，通过一种简单的溶液燃烧和热处理方法，选取合适的燃料和氧化剂得到具有富含纳米片的多孔结构以及多组分的co/coo/co3o4多孔复合材料。该复合材料在0.2ag-1电流密度下，100次循环后容量保持率较第二圈相比为103.3％～122.3％。

技术特征：

1.一种富纳米片的co/coo/co3o4多孔复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述乙酸钴与乙二胺四乙酸的摩尔比为2～6，乙二醇与乙二胺四乙酸的摩尔比为0.5～3。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述s1中的加热搅拌的温度为60℃，搅拌时间不少于15min。

4.根据权利要求1所示的制备方法，其特征在于，所述s1中加入的硝酸与钴离子的摩尔比为2:1。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述s1中氨水的质量浓度为25％-28％，加入氨水调节ph为5.5-6.0。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述s2中电子万用炉额定功率为1kw。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述s3中煅烧的温度为350～450℃，煅烧时间为0.5～2h。

8.如权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到的富纳米片的co/coo/co3o4多孔复合材料。

9.如权利要求8所述的富纳米片的co/coo/co3o4多孔复合材料作为锂离子电池电极材料的应用。

技术总结
本发明中公开了一种富纳米片的Co/CoO/Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;多孔复合材料及其制备方法和作为锂离子电池电极材料的应用。本发明以水作为溶剂，乙酸钴作为钴源，乙二胺四乙酸和乙二醇作燃料，硝酸作为氧化剂，在一定温度下恒温搅拌，得到前驱体溶液，然后通过加热溶液燃烧后得到前驱体粉末，再利用简单的热处理工艺对前驱体进行退火，得到最终产物。所制备的富纳米片Co/CoO/Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;多孔复合材料作为锂离子电池负极材料具有良好的循环性能。该富纳米片Co/CoO/Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;多孔复合材料制备过程简便，成本低，具有良好的应用前景。

技术研发人员：温建武,周星宇,符亚军,王军霞,李晶,曾敏,刘丽莉,任雪潭,张亚萍,李劲超
受保护的技术使用者：西南科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24