[发明专利]一种多孔微米棒状四氧化三钴及其制备方法与应用

说明书

一种多孔微米棒状四氧化三钴及其制备方法与应用，涉及四氧化三钴。所述多孔微米棒状四氧化三钴呈多孔微米棒状结构，多孔微米棒的直径为0.5～3μm，长度为5～20μm，孔径为30～90nm。制备方法：1)将钴盐、二水合草酸、六次甲基四胺加入溶剂中得混合液，将混合液加热，反应后，得棒状二水合草酸钴前驱体；2)将步骤1)所得棒状二水合草酸钴前驱体煅烧后，即得多孔微米棒状四氧化三钴。所述多孔微米棒状四氧化三钴可在制备锂离子电池负极中应用。具有优异的电化学性能，具有较高的比容量和倍率性能；以水为溶剂，采用较低温度加热的沉淀反应，不需要添加有机溶剂和高温高压环境，成本低，易于工业化生产。

技术领域

本发明涉及四氧化三钴，尤其是涉及一种多孔微米棒状四氧化三钴及其制备方法与应用。

背景技术

锂离子电池与其他电池体系相比有着储能密度大、电压高、寿命长、污染小等优点，已经被广泛的应用在移动设备领域。近年来，锂离子电池在新能源交通和储能电站等领域的爆发式增长对锂离子电池的能量密度和快速充放电能力都提出了更高的要求。负极材料是决定锂离子电池综合性能的关键因素之一，但是现在的商用石墨碳负极材料存在理论比容量低(372mAh/g)、首次不可逆损失大、倍率充放电性能差等缺点，并且它的嵌锂电位低，容易产生电解液的副反应和金属锂的沉积，安全系数亟待提高。因此急需研制一种具有更高容量、更长寿命和更加安全的负极材料。

四氧化三钴材料的理论储锂比容量可以达到890mAh/g，是商用石墨负极的2.5倍，具有更高的能量密度和化学稳定性，是理想的下一代锂离子电池负极材料之一。但现有的四氧化三钴负极材料仍然存在容量保持率低、倍率性能差、导电性不好等缺点。虽然已有研究表明纳米尺度、多孔结构的四氧化三钴材料能够在一定程度上提高它的储锂容量，改善电池的循环寿命，但其合成方法多为水热、溶剂热法，成本高、产量低、工艺复杂，严重制约了其工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多孔微米棒状四氧化三钴及其制备方法。

本发明的另一目的在于提供多孔微米棒状四氧化三钴在制备锂离子电池负极中的应用。

所述多孔微米棒状四氧化三钴呈多孔微米棒状结构，多孔微米棒的直径为0.5～3μm，长度为5～20μm，孔径为30～90nm。

所述多孔微米棒状四氧化三钴的制备方法，包括以下步骤：

1)将钴盐、二水合草酸、六次甲基四胺加入溶剂中得混合液，将混合液加热，反应后，得棒状二水合草酸钴前驱体；

2)将步骤1)所得棒状二水合草酸钴前驱体煅烧后，即得多孔微米棒状四氧化三钴。

在步骤1)中，所述钴盐可选自六水合硝酸钴、六水合氯化钴、七水合硫酸钴、四水合乙酸钴等中的一种；所述钴盐的摩尔浓度可为0.005～0.03mol/L，若浓度过高，则不能形成完整的棒状结构，而是得到破损的纤维状结构；若浓度过低，则导致产量太少，生产效率降低；所述二水合草酸的用量可为0.001～0.03mol/L，是钴盐浓度的1/3～1/4，若加入二水合草酸的量过多，则导致成核速率过快，得到产物形貌不均一，不能得到完整的棒状结构；所述六次甲基四胺的用量可为0.0015～0.015mol/L，它既能作为体系的pH值调节剂，也能调控晶粒的增长方向，使草酸钴最终形成均一的一维微米棒状结构；所述溶剂可采用水；所述加热的温度可为75～95℃；所述反应的时间可为15～35min；若加热的温度过高，则导致成核速度过快，棒状形貌不完整；若加热的温度过低，则导致反应缓慢，反应时间需要延长，小颗粒沉淀增加。

在步骤2)中，所述煅烧的温度可为300～500℃；此时草酸钴分解成四氧化三钴的同时，伴随着大量二氧化碳气体和水蒸气的释放，使棒状四氧化三钴具有多孔的微米结构。

所述多孔微米棒状四氧化三钴可在制备锂离子电池负极中应用。