[发明专利]一种Co2

说明书

本发明公开了一种Co₂AlO₄材料及其制备方法和应用，Co₂AlO₄材料的制备方法包括如下步骤：将混合均匀的钴元素与铝元素的摩尔比为2:1的前驱体材料，经固相烧结，制备得到所述Co₂AlO₄负极材料。本发明的方法成本低，是一种合成周期短、合成条件易控制、合成方法简单、易于实现大规模生产的制备方法，采用本发明方法制备的Co₂AlO₄作为锂离子电池的负极材料具有十分优异的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料领域，尤其涉及一种Co₂AlO₄材料及其制备方法和作为锂离子电池负极材料的应用。

背景技术

锂离子电池具有比能量高、无记忆效应、环境友好等优异性能，已经广泛应用于移动电话和笔记本电脑等便携式移动设备中。作为动力电池，锂离子电池在电动自行车和电动汽车上也具有广泛的应用前景。目前，锂离子电池的负极材料主要采用石墨材料。石墨材料虽然具有较好的循环稳定性，但是其容量较低，理论容量仅为372mAh g^-1。新一代锂离子电池对电极材料的比容量提出了更高的要求，因此寻找高容量、高循环稳定性的可替代石墨的负极材料成为目前研究的重要内容之一。

Co₂AlO₄是一种尖晶石结构的材料，自1970年被Bonnenberg等首次报告以来，不少科研工作者对其晶体结构进行了一系列研究，他们认为该材料主要是Al取代了Co₃O₄中的三价 Co形成的。然而，到目前为止，Co₂AlO₄在低电压下的储锂特性尚未被开发。同时，目前关于制备Co₂AlO₄的研究比较少，P·加西亚·卡塞多披露一种制备尖晶石结构Co₂AlO₄的制备方法的相研究(《The Series of Spinels Co_3-sA_sO₄(0<s<2):Study of Co₂A1O₄》[Journalof Solid State Chemistry 52,187-193(1984)])，即直接通过高温固相反应法合成Co₂AlO₄。该法控制条件苛刻、能量消耗大、制备时间长、生产成本高，制备出的材料成分分布不均匀。

在众多具有潜力的负极材料中，一元或者多元的过渡金属氧化物由于具有较高的比容量而逐渐引起了科研工作者的注意，如Mn₂O₃、Co₃O₄、CoO、NiCo₂O₄、MnCo₂O₄等。然而，由于一般的过渡金属氧化物具有电子导电性低及充放电过程中存在较大体积膨胀等缺点，导致循环性能较差。因此，开发在低电压下具有高储锂能力，以及具有高比容量的负极材料，并且开发和优化负极材料的合成方法显得非常有必要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种应用前景好的、高容量锂离子电池负极材料Co₂AlO₄及其制备方法和应用。本发明的方法成本低，是一种合成周期短、合成条件易控制、合成方法简单、易于实现大规模生产的制备方法，采用本发明方法制备的 Co₂AlO₄作为锂电负极，具有优良的电化学性能，在低电压下高的储锂能力，比容量也得到提高。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：