[发明专利]形貌可调控的立方体四氧化三钴及制备方法与锂离子电池

说明书

本发明公开形貌可调控的立方体四氧化三钴及制备方法与锂离子电池。所述方法包括步骤：取柠檬酸和六水合硝酸钴溶解在水中，搅拌形成红色溶液；取醇溶液边搅拌边加入上述红色溶液中得到混合溶液；将上述混合溶液转移至反应釜中，进行水热反应，得到前驱体；将上述前驱体分别置于不同气体气氛中进行热处理，得到不同形貌的立方体四氧化三钴材料。本发明所提供的锂离子电池材料不仅增强了材料的结构稳定性，控制了体积膨胀，不仅提升了材料容量，也使得材料的循环稳定性和倍率性能得到改善。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料领域，尤其涉及一种形貌可调控的立方体四氧化三钴材料及其制备方法与锂离子电池。

背景技术

锂离子电池在现代生活中不可或缺，应用在社会生产中的方方面面。它不仅能够满足电能与化学能之间的转化，而且由于其高比能量、成本低、安全风险小、循环性能好等诸多优点而成为如今便携电子产品和电动技术的储能首选。然而，近年来随着智能电子设备的飞速发展及电动汽车技术的研发和商业化，长待机、快速充放电等实际应用需求对锂离子电池的性能提出了更高的要求，包括更高的能量密度、更长的使用寿命、更高的安全性、更低的成本等。

传统的负极材料有其自身的优点，但它固有的一些缺点导致其电化学性能较差。例如，碳(如石墨)的循环性能优异，且制造成本低廉，是如今主流的商业化负极材料，但其容量较低(石墨372mAh·g^-1)。合金(如Si,Sn)和金属氧化物材料(如Fe₃O₄,Co₃O₄)，尽管它们的理论容量很大(Co₃O₄ 896mAh·g^-1)，但锂离子在材料中扩散系数小，材料的循环稳定性差，而且材料在锂离子的脱嵌或合金去合金过程中会发生巨大的膨胀从而导致材料粉化以及结构被破坏。

针对以上缺陷，主要解决方法是从结构改变入手，相关的策略有材料纳米化，与其他材料进行复合，以及设计空隙结构，因此碳材料的掺杂、核壳结构以及多壳层中空结构的构筑是一种优异的解决方案。当前核壳以及多壳层结构材料的制备主要是采用模板法，该方法难控制，且需要用到大量的酸碱液进行模板的刻蚀，会严重污染环境。

因此，现有技术仍有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种形貌可调控的立方体四氧化三钴材料及其制备方法与锂离子电池，旨在解决现有技术中负极材料的巨大体积膨胀以及低容量的问题。

本发明的技术方案如下：

形貌可调控的立方体四氧化三钴材料的制备方法，其中，包括以下步骤：

A、取柠檬酸和六水合硝酸钴溶解在水中，搅拌形成红色溶液；

B、取醇溶液边搅拌边加入上述红色溶液中得到混合溶液；

C、将上述混合溶液转移至反应釜中，进行水热反应，得到前驱体；

D、将上述前驱体分别置于不同气体气氛中进行热处理，得到不同形貌的立方体四氧化三钴材料。

进一步地，步骤A中，搅拌的时长为5～30min，搅拌的温度控制在10～30℃。

进一步地，步骤A中，所述柠檬酸加入的摩尔数与六水合硝酸钴加入的摩尔数比为1～2.5。

进一步地，步骤B中，所述加入的醇溶液为乙醇或乙二醇；和/或

步骤B中所述加入的醇溶液的体积与步骤A中所述加入水的体积比为1.5～3。

进一步地，步骤B中，搅拌的时长为10～60min，搅拌的温度控制在10～30℃。

进一步地，步骤C中，所述水热反应的温度为80～200℃，所述水热反应的时长为8～24h。