[发明专利]一种四氧化三钴纳米线阵列负极材料的制备方法

说明书

本发明公开一种四氧化三钴纳米线阵列负极材料的制备方法，分别称取钴盐、尿素和氟化铵，将其放入去离子水中，搅拌溶解；将混合溶液作为电沉积溶液，以预处理后的钛箔作为工作电极，恒电位电沉积，分别用去离子水和无水乙醇洗涤电沉积产物，干燥，得到的钛箔表面负载有Co₃O₄前驱体纳米线阵列，在管式炉中煅烧，得到钛箔表面负载有Co₃O₄纳米线阵列的负极材料；本发明是要解决目前过渡金属氧化物存在的因体积变化而引起的循环性能和稳定性能变差的问题。

技术领域

本发明属于纳米功能材料领域，具体涉及一种四氧化三钴纳米线阵列负极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池作为新一代的可充电的电化学电池，已经广泛的应用于便携式电子设备领域，为了进一步改善锂离子电池的电化学性能，使其具有更高的能量密度，循环性能与稳定性能，需要进一步开发新的电极材料，提高电池性能。然而，现有的商用石墨负极电极容量有限，而过渡金属氧化物作为锂离子电池负极材料，其比容量是传统石墨负极材料(372mAhg^-1)的2倍以上，并且原料来源广泛，价格便宜。在诸多的过渡金属氧化物中，Co₃O₄材料具有稳定的化学性质和特定的磁学性能，同时有着较高的电化学储锂容量(890mAhg^-1)，具有十分重要的应用价值。

虽然Co₃O₄具有较高比容量，但Co₃O₄材料导电性不好且在嵌脱锂过程中存在体积变化，容易使材料粉化，与集流体失去接触。针对Co₃O₄所面临的这两个问题，可以通过结构形貌设计来改善。在过去的几年里，研究者们相继研究出多种途径来制备各种不同形貌的氧化钴及复合氧化物纳米材料以及其在各个领域发展应用的性能研究。其中，一维(1D)的Co₃O₄及其复合氧化物纳米材料(如纳米线)由于其特有的电化学性能以及较高的应用价值，成为研究的热点。例如，Wu等用氨水蒸发诱导法合成出在Ti片上生长的Co₃O₄纳米线阵列，所合成的Co₃O₄纳米线的直径为500nm左右。在电流密度为111mAg^-1下循环20次后的容量还保持在700mAhg^-1（Li Y., Tan B., Wu Y. Mesoporous Co₃O₄ nanowire arrays forlithium ion batteries with high capacity and rate capability [J]. NanoLetters, 2008,8(1):265-270）。Huang等通过水热的方法合成出Co₃O₄纳米带并研究其储锂性能，在电流密度为1Ag^-1循环下60 次之后仍然能够保持超过 614mAhg^-1的可逆容量（Huang H.,Zhu W.,Tao X.,et al.Nanocrystal-constructed mesoporous single-crystalline Co₃O₄ nanobelts with superior rate capability for advancedlithium-ion batteries[J]. ACS Appl Mater Interfaces,2012,4(11):5974-5980）。但这些方法制备的四氧化三钴循环性能差，而且所用设备和工艺复杂，反应温度高，难易进行工业化推广，使其应用受到限制。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有技术的不足，解决目前过渡金属氧化物存在的因体积变化而引起的循环性能和稳定性能变差的问题，提供一种生产过程简单且形貌可控的四氧化三钴纳米线阵列的制备方法。

一种四氧化三钴纳米线阵列负极材料的制备方法，包括以下步骤：