[发明专利]一种钴酸镍纳米立方体材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种钴酸镍纳米立方体材料及其制备方法和应用，通过将镍源和钴源按照摩尔比1:2溶解于去离子水中，制成溶液A；将溶液A转移至反应釜中，在加热搅拌的条件下将碱性溶液B滴加至溶液A中进行反应，滴加完成后，升高温度继续搅拌；将得到的产物进行陈化处理，得到前驱体；将前驱体进行热处理，得到钴酸镍纳米立方体材料。本发明合成了具有立方体形貌的钴酸镍纳米材料，其尺寸均一，颗粒分布均匀，在充放电测试中，首次充放电可逆比容量为800‑1200mAh/g。制备过程以水为溶剂，不使用任何模板剂，且操作灵活、简单，反应条件温和，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备领域，具体涉及一种钴酸镍纳米立方体材料及其制备方法和应用。

背景技术

钴酸镍(NiCo₂O₄)为反尖晶石结构的AB₂O₄型复合氧化物，其中镍离子占据八面体空隙，钴离子占据全部的四面体空隙及半数的八面体空隙。钴酸镍中存在Ni³⁺/Ni²⁺和Co³⁺/Co²⁺两种氧化还原电对，因此导电性及电化学活性远高于单一的镍、钴氧化物，可用于锂离子电池电极材料或超级电容电极材料，具有很高的应用价值。

在作为锂离子电池负极材料时，钴酸镍材料在循环过程中会产生一定的体积膨胀，造成材料粉化极片脱落，影响电极的循环稳定性。针对这个问题，常采取的改善方式有：将材料与碳基材料复合(Peng L,Zhang H,Fang L,et al.ACS applied materials&interfaces,2016,8(7):4745-4753.)、纳米化(Li J,Xiong S,Liu Y,et al.ACS appliedmaterials&interfaces,2013,5(3):981-988.)以及构建特殊形貌(Mondal A K,Su D,ChenS,et al.ACS applied materials&interfaces,2014,6(17):14827-14835.)等。其中，纳米化的材料可以有效缓冲材料在循环过程中的体积变化，同时缩短锂离子的传输路径，提高电化学活性，是一种十分有效地改善材料电化学性能的方法。

目前对于纳米钴酸镍的合成方法的研究有很多，例如，CN 102259936 A公开了一种纳米钴酸镍的制备方法，通过在制备前驱体的过程中加入有机溶剂，采用水相和有机相混合相为溶剂，共沉淀法获得高纯度、颗粒尺寸均一和结晶性良好的纳米钴酸镍。CN105439213 A公开了一种纳米钴酸镍及其制备方法，步骤如下：(1)将硝酸镍、硝酸钴和尿素加入到无水乙醇中，常温下搅拌，使溶液混合均匀，得溶液A；(2)在溶液A中加入失水山梨醇脂肪酸酯S-20和失水山梨醇脂肪酸酯S-40，超声使之混合均匀，得溶液B；(3)将溶液B转移至反应釜中，进行溶剂热反应，洗涤，烘干，得到前驱体；(4)将前驱体在空气中经350-375℃恒温热处理后，得到纳米钴酸镍。CN 104269552 A公开了一种二维珊瑚状纳米钴酸镍及其制备方法。将氧化石墨烯置于水中超声分散，硝酸钴和硝酸镍加入到水中搅拌溶解，然后将二种体系混合搅拌均匀，之后将混合体系冷冻干燥，最后将干燥后的粉末进行热处理，获得二维珊瑚状纳米钴酸镍。上述现有技术中往往使用有机溶剂或模板剂进行制备，增加了生产成本的同时还会对环境造成一定污染，不利于大规模生产。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供了一种钴酸镍纳米立方体材料的制备方法，制备过程以水作为溶剂，不使用任何模板剂，通过特定的工艺得到具有特殊立方体形貌的钴酸镍纳米材料。该材料尺寸均一、颗粒分布均匀，作为锂离子电池负极材料时，首次充放电可逆比容量为800-1200mAh/g，也可以作为超级电容器电极材料应用在储能领域。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种钴酸镍纳米立方体材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：