[发明专利]制备钴酸锰纳米八面体材料及方法

说明书

技术领域

本发明属于无机纳米材料合成领域。更具体的说，涉及用表面活性剂水热法制备钴酸锰纳米八面体材料及方法。

背景技术

钴酸锰(MnCo₂O_4.5)材料是应用于锂离子电池的负极材料，MnCo₂O_4.5比常见的MnCo₂O₄多0.5个O原子，即产生许多空位，导电性好，克服了其它过渡金属氧化物导电性差的缺点。MnCo₂O_4.5为锰和钴的复合氧化物，既保持了锰氧化物的循环稳定性，又兼有钴氧化物的高比容量特性。利用MnCo₂O_4.5作为锂离子电池负极材料，不但原料储量丰富，价格低廉，而且比容量高。MnCo₂O_4.5通过氧化还原反应储锂，当锂嵌入时金属氧化物被还原成金属晶体(Mn和Co)分散在氧化锂基体中，当锂脱出时，它们又被氧化成相应的金属氧化物，因而钴锰复合氧化物的可逆理论容量明显高于石墨。

目前制得的不同形貌的复合氧化物负极材料虽然具有很高的容量，但其容量衰减太快，成为限制其实际应用的首要问题。纳米化的氧化物负极材料通过增加电解液与活性物质的接触面积，使得电池的内阻降低，并且在充放电循环过程中，能够减少锂离子和电子的扩散传输距离，从而在一定程度上提高材料的锂离子电池性能。所以，如何制备粒子尺寸小且均一的纳米钴锰复合氧化物，是制备高效钴锰复合氧化物锂电负极材料亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是通过聚乙二醇单辛基苯基醚表面活性剂水热法，使晶粒在生长中得到有效的形貌尺寸控制，提供了一种制备均一尺寸钴酸锰纳米八面体材料的方法。

本发明提供了一种制备均一尺寸钴酸锰纳米八面体材料的方法，该方法在水热的基础上，采用聚乙二醇单辛基苯基醚作为表面活性剂，一步得到形貌尺寸均一的钴酸锰纳米八面体材料。钴酸锰纳米八面体材料粒子尺寸小，比表面积大，能降低电池内阻，减少锂离子和电子的扩散传输距离，有利于提高锂离子电池的性能。在50-200mAg^-1的电流密度下测试其性能，首次放电容量可达1400mAhg^-1以上，循环25次之后其比容量仍可达750mAhg^-1以上。

本发明的具体技术方案如下：

本发明制备钴酸锰纳米八面体材料及方法，在水热的基础上，采用聚乙二醇单辛基苯基醚作为表面活性剂，一步得到钴酸锰纳米八面体材料。

具体步骤如下:

1).将Mn(NO₃)₂、Co(NO₃)₂·6H₂O溶于去离子水中，加入无水乙醇，去离子水和无水乙醇的体积比为1:2-1:0.5；

2).向步骤1)溶液中加入聚乙二醇单辛基苯基醚，硝酸盐与聚乙二醇单辛基苯基醚的摩尔比为1:4～1:0.25，然后转移到水热反应釜中反应；

3).开釜后离心分离沉淀物，用去离子水和酒精洗涤，然后在60-80℃下干燥得到钴酸锰八面体材料。

所述的步骤1)中，Mn(NO₃)₂和Co(NO₃)₂·6H₂O的摩尔比为1:2。

所述的步骤2)中在120-180℃温度下，在水热反应釜中加热反应8-12h。

制备钴酸锰纳米八面体材料粒子尺寸小于等于400nm。钴酸锰纳米八面体材料用作锂离子电池。

本发明提供了一种制备均一尺寸钴酸锰纳米八面体材料的表面活性剂水热控制形貌合成方法。相对其他制备方法，材料具有纳米八面体结构且尺寸均一，小于等于400nm，设备简单，工艺简便。