[发明专利]多孔钴酸锌纳米棒的制备方法及其在锂离子电池中的应用

说明书

本发明公开了一种多孔钴酸锌纳米棒的制备方法及其在锂离子电池中的应用，涉及锂离子电池负极材料制备技术领域，其制备方法包括以下步骤：将Zn(CHsubgt;3/subgt;COO)subgt;2/subgt;·2Hsubgt;2/subgt;O和Co(CHsubgt;3/subgt;COO)subgt;2/subgt;·4Hsubgt;2/subgt;O加入乙二醇中，超声溶解，再加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌，转移至水热反应釜，加热、保温反应；将反应体系离心，收集沉淀，经洗涤、干燥后，高温煅烧，冷却，即得多孔钴酸锌纳米棒。本发明在制备过程中使用的合成原料成本低，使用的流程均为工业上成熟的工艺，可实现大规模生产的要求，制备得到的ZnCosubgt;2/subgt;Osubgt;4/subgt;纳米棒作为锂离子负极材料，性能效果好，可以在大倍率条件下进行充放电，具有广阔的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料制备技术领域，尤其涉及一种多孔钴酸锌纳米棒的制备方法及其在锂离子电池中的应用。

背景技术

随着便携式电子设备和电动汽车的迅速发展，使得各种各样的储能装置应运而生。其中在过去的几十年里，锂离子二次电池在便携式电子设备和电动汽车、混合动力汽车等高能领域得到了广泛的应用。然而，传统的锂离子电池系统对于电动汽车或大型储能系统等先进技术来说其容量是有限的。并且，安全问题和有限的锂资源似乎是其大规模应用的致命弱点。为了促进工业的快速发展，迫切需要发展高功率、高能量密度的可充电电极材料。目前，商用锂离子电池使用石墨作为负极材料，然而，它存在着理论容量低(～370mAh/g)和速率性能相对较差等明显缺点。为了获得更高的能量密度和更长的循环寿命，世界范围内的研究人员正在进行材料研发创新，除了低容量的碳质材料外，还在大力开发新型的高容量材料。

近年来，各种金属和金属氧化物，如锰氧化物、铁氧化物、钴氧化物和锡氧化物等，由于其理论比容量高(500-1000mAh/g)，受到了广泛的关注。然而，由于充放电过程中的体积变化和不可逆的容量损失，限制了它们的商业应用。一些文献报道已充分证明，这些问题可以通过各种方法得到适当的缓解，如采用加入适当的基体元素、限制循环与锂的电压范围、以及将粒子尺寸减小到纳米级等方法，有助于抑制容量衰减，缓冲重复插入锂离子引起的大体积变化所产生的应变，并减少容量损失。

作为一种很有前途的锂离子电池负极材料，多组分过渡金属氧化物由于具有高容量和长循环性等特点而受到了广泛的关注。其中，研究比较多的一种电极材料是ZnCo₂O₄，结构上来说是尖晶石Co₃O₄四面体位置上的钴阳离子，被便宜和生态友好的替代金属原子(如锌、铜、锰和镍)部分取代而成，由于具有良好的可逆性、循环稳定性、环境友好性和低成本等优点而备受关注。ZnCo₂O₄具有钴基氧化物较好的阳极性能和Zn较低的成本/毒性，具有较高的理论比容量，这是因为Zn-O和Co-O可以通过转化反应吸附锂离子，而且Zn和Li在电化学反应中可以形成合金，在循环过程中，通过Zn与锂离子发生合金化和脱合金化反应，从而提高ZnCo₂O₄阳极的倍率性能进一步扩充电池容量。然而将ZnCo₂O₄用于锂离子电池负极材料，同样也存在充放电过程中的体积变化大、实际比容量相对较小、循环性能相对较差、电导率低等问题。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种多孔钴酸锌纳米棒的制备方法及其在锂离子电池中的应用，本发明采用水热反应结合高温煅烧制备出性能优异的多孔ZnCo₂O₄纳米棒，工艺简单，可实现工业化大规模制备的目标。

本发明提出的一种多孔钴酸锌纳米棒的制备方法，包括以下步骤：