[发明专利]碳氮共掺杂的Co3

说明书

本发明公开了一种碳氮共掺杂的Co₃O₄复合材料及其制备方法和用途，该复合材料为碳氮共掺杂的Co₃O₄空心球，其颗粒呈球形的空心结构，且其XRD图谱中，在2θ为19°、31.3°、36.9°、44.8°、55.7°、59.4°和65.2°处具有特征峰，其C1s XPS谱图在结合能285.1eV存在一个峰，其N1s XPS谱图在400.2eV和402.6eV有两个峰。本发明的复合材料能够通过碳氮共掺杂工艺大大提高了材料的电导率、比容量值和容量保持率，具有良好的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种复合材料，具体涉及一种碳氮共掺杂的Co₃O₄复合材料及其制备方法和用途。

背景技术

随着电动汽车对高能量密度锂离子电池需求的不断增加，迫切需要开发出性能优越的锂离子电池正极材料。锂离子电池中的正极材料对电池的比容量和能量密度起着关键作用。在过去的几十年中，人们对各种正极材料进行了研究，如石墨、二氧化钛、Li₄Ti₅O₁₂及其他金属氧化物。在众多的正极材料中，金属氧化物因其比容量大、能量密度高而备受关注。

使用Co₃O₄作为正极材料的锂离子电池比其他正极材料释放的能量密度更高。因此，研究人员为开发基于Co₃O₄的正极材料付出了很大的努力。然而，电化学循环过程中的异常容量衰减限制了基于Co₃O₄的锂离子电池正极材料的应用，阻碍了锂离子电池和超级电容器的商业化进程。造成循环性能差的原因，主要是电子电导率差、循环稳定性和比容量低。为了提高锂离子电池的循环稳定性，人们采用了各种策略来提高Co₃O₄基正极材料的电子电导率，但导电率还是不够理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳氮共掺杂的Co₃O₄复合材料及其制备方法和用途，该复合材料解决了现有Co₃O₄循环稳定性差的问题，能够通过碳氮共掺杂工艺大大提高了材料的电导率、比容量值和容量保持率，具有良好的循环稳定性。

为了达到上述目的，本发明提供了一种碳氮共掺杂的Co₃O₄复合材料，该复合材料为碳氮共掺杂的Co₃O₄空心球，其颗粒呈球形的空心结构，且其 XRD图谱中，在2θ为19°、31.3°、36.9°、44.8°、55.7°、59.4°和65.2°处具有特征峰，其C1s XPS谱图在结合能285.1eV存在一个峰，其N1s XPS谱图在 400.2eV和402.6eV有两个峰。

优选地，该复合材料通过将聚多巴胺包覆在Co₃O₄空心球上后在氨气氛围下于750～850℃下保温而获得。

优选地，所述聚多巴胺包覆在Co₃O₄空心球上，通过将质量比为1：1.5～2.5 的Co₃O₄空心球与盐酸多巴胺于浓盐酸中静置而获得。

优选地，所述Co₃O₄空心球，通过将葡萄糖和硫酸钴在160～190℃水热法反应后得到的产物于500～580℃保温而获得。