[发明专利]一种在微米盘上生长钴酸镍纳米线阵列的复合材料、制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种在微米盘上生长钴酸镍纳米线阵列的复合材料、制备方法及其应用，首先通过水热法获得圆盘状的微片氧化铁结构，再在氧化铁上生长复合钴酸镍纳米阵列，最后高温焙烧获得圆盘侧边生长钴酸镍纳米阵列的复合材料，该材料由钴酸镍纳米阵列组成的三维结构。三维阵列结构可以促进电/离子传输，同时放射状的阵列结构可以提供大量活性位点，缓解材料体积膨胀。该材料应用于电池负极材料，具有良好的循环稳定性和高的比容量。而且，合成过程简单，对实验仪器设备要求低，原料易得到，费用低，可进行批量生产。

技术领域

本发明涉及无机纳米材料技术领域，一种在微米盘上生长钴酸镍纳米线阵列的复合材料、制备方法及其应用，应用于锂离子电池。

背景技术

目前能源短缺问题日益突出，急需寻找更加合适的新型储能装置，锂离子电池是自20世纪后期发展起来的一种新型电能储存设备。因其容量大，循环寿命长，工作电压高等优点，已广泛应用于各种商业及消费电子领域中。

传统的锂离子电池负极材料使用的是石墨，但由于其理论容量低(372mAh/g)，极大的限制了高容量锂离子电池的研制。为此，许多研究者将负极材料纳米化，构建纳米结构可以提高材料的活性，提高容量，增强电池稳定性。

然而，纳米材料容易团聚，导致活性材料不能与电解液充分接触，以及充放电过程中的体积结构变化产生应力无法释放导致电极破裂等问题，不利于储能特性发挥。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种微米盘上生长钴酸镍纳米线阵列的复合材料，解决锂离子电池负极体积膨胀问题，而且加快电子离子传输获得高容量和快速充电性能。

本发明的另一目的在于提供一种微米盘上生长钴酸镍纳米线阵列的复合材料的制备方法，利用价格低廉的原料制备得到微片氧化铁，再通过水热法得到三维放射状的钴酸镍纳米材料作为电池负极，制备工艺简单、产率高、成本低。

本发明还有一个目的在于提供一种微米盘上生长钴酸镍纳米线阵列的复合材料的应用，作为锂离子电池负极材料。

本发明具体技术方案如下：

一种微米盘上生长钴酸镍纳米线阵列的复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将铁盐和氢氧化钠置于聚乙二醇和水的混合溶液中，搅拌混匀，再加入钡盐继续搅拌，所得混合溶液水热反应，得到微米级片状结构的氧化铁；

2)将步骤1)得到的微片结构的氧化铁除杂质；

3)将步骤2)处理后的微片结构的氧化铁与镍源、钴源和尿素一起置于去离子水中，混合后，再加入氟化铵搅拌混匀，然后将得到混合溶液水热反应，反应结束得产物；

4)将步骤3)所收集产物在空气氛围下退火焙烧，得到微米盘上生长钴酸镍纳米线阵列的复合材料。

步骤1)中所述铁盐为九水合硝酸铁，所述钡盐为氯化钡或硝酸钡，优选为氯化钡。所述聚乙二醇和水的体积比为1:1，聚乙二醇和水的混合体积优选35～45ml；

步骤1)中铁盐和钡盐的摩尔比为13:1，铁盐在混合溶液中浓度为0.19-0.20mol/L；铁盐与氢氧化钠的摩尔比为1:6.3。

步骤1)中所述水热反应温度为180℃～200℃，优选190℃～200℃；反应时间为22～26小时，优选23～24小时；

步骤1)中反应结束后，将产物洗涤，干燥，收集；

步骤1)中所述干燥，干燥温度40℃～80℃，优选50℃～60℃；干燥时间4～12小时，优选6～8小时；

步骤2)中所述除杂质具体为：将得到的微片结构的氧化铁置于稀盐酸溶液中，室温下500转/分钟速度搅30min，以去除杂质。