[发明专利]一种具有壳-核结构碳包裹多孔氧化亚钴纳米材料的制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种制备具有壳‑核结构的碳包裹多孔氧化亚钴纳米材料的简易方法及其作为锂离子电池阳极的电化学性能，具体制备步骤包括：利用水热法制备实心的四氧化三钴纳米立方体；在制备的纳米立方体表面包裹PDA后，通过中高温煅烧得到碳包裹的多孔氧化亚钴壳‑核纳米材料，最后通过盐酸刻蚀形成壳‑核结构碳包裹的多孔氧化亚钴纳米材料。本发明方法没有添加任何导向剂和表面活性剂的参与，整个合成过程条件温和、绿色环保，原料廉价，对设备的要求低，便于产业化生产，在锂离子电池的阳极材料的制备方面具有很大的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种制备具有壳-核结构碳包裹多孔氧化亚钴纳米材料的合成方法及其在动力锂离子电池阳极中的应用。

背景技术

随着技术的不断发展，人们生活方式的逐渐变化，锂离子电池在生活中的地位越来越突出，人们对于具有高倍率性能的电极材料的需求也越来越急迫。作为锂离子电池负极材料，氧化亚钴的理论比容量高达715mAh g^-1，是石墨化碳的2倍左右。但是氧化亚钴的首次库仑效率和循环性能较差。为了克服这些缺点，氧化亚钴的结构设计尤为重要，如中国专利文献CN 103950994 B采用有机金属钴盐与两种保护剂通过溶剂热反应，最终合成了双层氧化亚钴空心纳米颗粒；K.J.An和N.Y.Lee等人采用六水合氯化钴为原料合成油酸亚钴，然后通过高温热分解油酸亚钴，最终制备出CoO纳米棒(J.Am.Chem.Soc.2006,128,9753-9760)；中国专利文献CN 101800302 A发明了通过水热反应合成的石墨烯纳米片-氧化亚钴复合负极材料。目前，对于具有壳-核结构的碳包裹多孔氧化亚钴纳米立方体三维材料少有报道，因此对于该材料的研究和开发有实际的意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种合成具有壳-核结构的碳包裹多孔氧化亚钴纳米材料的合成方法及在锂离子电池上的应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种具有壳-核结构碳包裹多孔氧化亚钴纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步，利用水热法制备四氧化三钴纳米材料

将六水合硝酸钴分散在去离子水中，磁力搅拌至透明，向其中加入氢氧化钠，继续搅拌至透明，将获得的溶液转入反应釜中，在180℃下反应24h，反应结束后冷却至室温，离心，所得固体用乙醇水溶液离心洗涤数次，离心后的固体干燥后即得四氧化三钴纳米材料；

第二步，在第一步制备的四氧化三钴纳米材料表面包裹PDA

将第一步制备的四氧化三钴纳米材料与盐酸多巴胺溶于三（羟甲基）氨基甲烷缓冲液中，在室温下搅拌3h后，离心，所得固体用乙醇水溶液离心洗涤数次，离心后的固体干燥后即得表面包裹PDA的四氧化三钴纳米材料；

第三步，将第二步获得的材料煅烧得到具有壳-核结构碳包裹多孔氧化亚钴纳米材料

煅烧条件为将第二步获得的表面包裹PDA的四氧化三钴纳米材料在5℃/min的升温速率，450℃~500℃下恒温2~4h。

优选的，还包括第四步盐酸刻蚀，将第三步获得的碳包裹多孔氧化亚钴纳米材料在盐酸溶液中浸泡小于等于12min，再用乙醇水溶液洗涤数次，离心后，将固体真空干燥，得到壳-核结构碳包裹的多孔氧化亚钴纳米材料。

优选的，所述第一步中六水合硝酸钴与氢氧化钠的物质的量比为4∶1。

优选的，所述第二步中三（羟甲基）氨基甲烷缓冲液的浓度为10mM。

优选的，所述第二步中四氧化三钴的浓度为0.9g/ml，盐酸多巴胺的浓度为0.4g/ml。

优选的，第四步中盐酸溶液的浓度为0.1mol/L。