[发明专利]一种PVA热解包覆碳的钴酸锌纳米阵列材料及其制备方法、应用

说明书

本发明公开了一种PVA热解包覆碳的钴酸锌纳米阵列材料及其制备方法、应用，以聚乙烯醇作为碳包覆的碳源，在钴酸锌纳米阵列的表面包覆碳。将金属钴盐、氟化铵、尿素和金属锌盐混合后，所述金属钴盐为二价钴盐，后通过水热反应、热处理得到钴酸锌纳米阵列材料；在PVA溶液中浸泡，再经过热处理即得到PVA热解包覆碳的钴酸锌纳米阵列材料。本发明制备得到的PVA热解包覆碳的钴酸锌纳米阵列材料具有优异的电化学储钠性能，制备方法工艺简单，成本低，易于推广。

技术领域

本发明涉及一种电池负极材料及其制备、应用，特别是涉及一种PVA热解包覆碳的钴酸锌纳米阵列材料及其制备、应用。

背景技术

过渡金属氧化物作为常见的电池负极材料之一，具有较高的比容量，储量丰富，成本也相对较低。但是，过渡金属氧化物的导电性较差，使得电极反应的可逆性降低，从而导致过渡金属氧化物的循环稳定性较差。因此，需要寻找合适的方法来提高过渡金属氧化物的电化学性能。尖晶石型AB₂O₄类金属氧化物作为电池负极材料展现出了较高的理论容量及可逆性，有着较大的研究与应用潜力。钴酸锌就是该类金属氧化物中的一员。

钴酸锌通过氧化还原反应来进行储能，经过还原反应后得到的合金锌还可以与阳离子反应进行储能，所以钴酸锌有较高的理论容量。同时，钴酸锌的毒性相对较低，价格适中。因此，钴酸锌是较为优秀的电池负极材料。然而，钴酸锌也面临本征电导率低，充放电过程中材料的体积变化率大等问题，直接影响其作为电池材料的电化学性能。如果将作为电极的活性材料纳米化，可以使材料的比表面增大，使电流密度降低，极化减小，进而导致比容量增大。因此，将钴酸锌制成一维纳米线作为电池负极可以优化材料的电化学性能。另一方面，通过将钴酸锌和导电性较好的碳材料复合，能够提高复合材料的电子和离子传导效率。现有的报到大部分是基于粉体钴酸锌纳米材料和碳材料进行复合，而原位通过简单的浸泡法进行包覆的还未见报道。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种PVA热解包覆碳的钴酸锌纳米阵列材料，具有优异的电化学储钠性能；本发明还提供了一种PVA热解包覆碳的钴酸锌纳米阵列材料的制备方法，该方法简单易行；本发明还提供了一种PVA热解包覆碳的钴酸锌纳米阵列材料的应用。

技术方案：本发明提供的PVA热解包覆碳的钴酸锌纳米阵列材料，以聚乙烯醇作为碳包覆的碳源，将钴酸锌纳米阵列的表面包覆碳，即得。

本发明提供的PVA热解包覆碳的钴酸锌纳米阵列材料的制备方法，制备方法包括如下步骤，

步骤(1)，将泡沫镍置于可溶性金属钴盐、氟化铵、尿素和可溶性金属锌盐的混合水溶液中，所述金属钴盐为二价钴盐，采用水热法进行加热，后取出泡沫镍烘干，再进行热处理，即得到原位生长在泡沫镍上的钴酸锌纳米阵列材料；该步骤中的水热法是将混合水溶液加入聚四氟乙烯内胆中，混合均匀，再放入清洗干净的泡沫镍，密封后，将反应釜置于恒温鼓风烘箱中，加热保温；热处理是在管式炉中进行的；

步骤(2)，将步骤(1)得到的钴酸锌纳米阵列材料，在PVA溶液中浸泡后，取出热处理，即得到PVA热解包覆碳的钴酸锌纳米阵列材料。该步骤中的热处理是在管式炉中进行的。

进一步地，所述步骤(1)中的水热法的加热温度为80～200℃，加热时间为1～48h。

进一步地，所述步骤(2)中热处理的的加热温度为400～500℃，加热时间为1～3h。

进一步地，所述步骤(2)中PVA溶液为质量百分浓度0.01％～10％的水溶液，浸泡时间为1～2880分钟。

优选地，所述可溶性金属钴盐为硝酸钴或氯化钴或其它可溶性金属钴盐中的任一种；可溶性金属锌盐为氯化锌或硝酸锌或其它可溶性金属锌盐中的任一种。

进一步地，所述步骤(1)中的金属钴盐和金属锌盐的摩尔比为2∶1。