一种电容增强型三维羽毛状锌钴氧化物锂电负极材料及其制备方法，它涉及锂电池领域，本发明专利技术通过简易的二次水热法在泡沫镍上先后生长Co3O4纳米棒和ZnCo2O4纳米线得到，特殊的三维羽毛状结构，电容增强型Co3O4/ZnCo2O4/NF制作方法简单、成本低并且用时少、电化学性能优异。电容增强型Co3O4/ZnCo2O4/NF的容量更大、稳定性更好。大的电容特性占比使得其快速充放电能力也优于普通锂离子电池，是一种非常有潜力替代石墨材料的的高性能锂离子电池的负极材料。材料。材料。
【技术实现步骤摘要】
一种电容增强型三维羽毛状锌钴氧化物锂电负极材料及其制备方法
[0001]本专利技术属于锂电池领域，具体涉及一种电容增强型三维羽毛状锌钴氧化物锂电负极材料及其制备方法。
技术介绍
[0002]锂电池是一类由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池，锂电池可分为锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池主要由正极材料、负极材料、电解液、隔膜四部分构成，其中负极材料的作用是储存和释放能量，对锂离子电池的性能优劣有显著的影响。传统锂离子电池多采用石墨作为负极材料，但石墨的容量较低，且稳定性差，不能满足人们对锂离子电池性能日益增长的需求。过渡金属氧化物由于自身的合金/脱合金反应，具有较高的理论容量且导电性更好。其中钴基过渡金属氧化物和锌钴过渡金属氧化物具有替代石墨材料的潜力，但二者的稳定性均不够理想，又因为Co3O4和ZnCo2O4晶体结构相似、理论容量高、导电性好和电化学活性优异，因此在泡沫镍上复合Co3O4和ZnCo2O4。此外，电容增强型锂离子电池的研究较少，电容增强锂电池的充放电速度更快、工作效率高、能量比大、循环寿命长且绿色环保，电容增强锂电池的应用场景有一定的空缺，因此设计电容增强型Co3O4/ZnCo2O4/NF作为锂离子电池负极材料十分有必要。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的是，解决现有锂离子电池负极材料的不足，制作一种新型三维羽毛状结构的锂离子电池负极材料，这种三维羽毛结构由一维纳米棒和纳米线构成，两种不同材料的协同作用提供了出色的稳定性和容量，两种材料的紧密交织加速了锂离子的输运效率，大大提高了材料的电容特性占比，进一步提高了材料的电化学性能。
[0004]本专利技术的一种电容增强型三维羽毛状锌钴氧化物锂电负极材料，所述的锂电负极材料是由Co3O4和ZnCo2O4制得；
[0005]所述的锂电负极材料为三维羽毛状结构，比表面积为63～66m2·
g
‑1，孔隙率为30％～40％。
[0006]进一步地，所述的三维羽毛状结构为Co3O4/ZnCo2O4/NF由一维Co3O4纳米棒和一维ZnCo2O4纳米线组合而成。
[0007]进一步地，所述的一维Co3O4纳米棒由平均直径为28
‑
32nm的纳米晶粒排列组成，Co3O4纳米棒的长度为1
‑
3μm，平均直径为30
‑
50nm。
[0008]进一步地，一维ZnCo2O4纳米线长度为400
‑
500nm。
[0009]进一步地，所述的三维羽毛状结构是以Co3O4纳米棒为“骨架”、ZnCo2O4纳米线为“羽翼”构成的。
[0010]本专利技术的一种电容增强型三维羽毛状锌钴氧化物锂电负极材料的制备方法，是按照以下步骤进行的：
[0011]步骤一、在泡沫镍上生长Co3O4纳米棒阵列
[0012]1)将泡沫镍剪成块状，进行清洗后，烘干，将Co(No3)2·
6H2O加入到去离子水中，制成浓度为0.01～0.03nmol/mL的Co(No3)2溶液；向Co(No3)2溶液中加入3.8～4.2nmol的NH4F和5.8～6.2nmol的CH4N2O，持续搅拌至溶液呈粉红色；
[0013]2)将粉红色溶液加入到反应釜中，再将清洗烘干后的泡沫镍垂直加入到反应釜中，在118～122℃的温度下加热6h后，冷却至室温，取出带有粉末的泡沫镍，用去离子水和无水乙醇超声清洗数次，之后在60℃条件下烘干，得到生长Co(OH)2的泡沫镍；
[0014]3)将Co(OH)2的泡沫镍放入到预热到60～80℃的马弗炉中中，以8～1.2℃/min的升温速度加热到298～302℃后，持续煅烧2h，待马弗炉冷却后取出煅烧至黑色的泡沫镍，静置10
‑
15min后，用去离子水和无水乙醇分别对泡沫镍进行超声清洗数次，60℃烘干后，得到生长Co3O4纳米棒黑色泡沫镍；
[0015]步骤二、在Co3O4纳米棒上生长ZnCo2O4纳米线
[0016]4)将Zn(No3)2·
6H2O和Co(No3)2·
6H2O加入到去离子水中，搅拌均匀后，加入NH4F和CH4N2O，然后继续搅拌得到粉红色溶液；
[0017]其中，Zn(No3)2·
6H2O、Co(No3)2·
6H2O、NH4F和CH4N2O的摩尔比为1：1.8～2.2：7.8～8.2：11.8～12.2；
[0018]5)将Zn(No3)2·
6H2O和Co(No3)2·
6H2O溶液倒入反应釜中，再将步骤3)中得到的Co3O4纳米棒黑色泡沫镍垂直放入反应釜中；将反应釜密封后放入烘箱中，在水热升温至118～122℃后保持6h，冷却至室温，取出沾有粉红色粉末的黑色泡沫镍；用去离子水和无水乙醇将黑色泡沫镍超声清洗数次后，在60℃条件下烘干，得到生长Co3O4/ZnCo2O4中间态的黑色泡沫镍；
[0019]6)将生长Co3O4/ZnCo2O4中间态的黑色泡沫镍放置于预热到100℃的马弗炉中，以0.8～1.2℃/min的升温速率加热到195～200℃后，再以1.8～2.2℃/min的升温速率加热到295～305℃后持续进行2h的煅烧，待马弗炉冷却至室温后取出黑色泡沫镍，用去离子水和无水乙醇超声清洗数次后，60℃烘干后得到生长于泡沫镍之上的电容增强型三维羽毛状Co3O4/ZnCo2O4。
[0020]本专利技术使用泡沫镍作为复合材料的生长基底，降低了组装电池的难度和时间。
[0021]本专利技术泡沫镍垂直放入反应釜之中，以确保复合材料均匀生长在泡沫镍上。
[0022]进一步地，步骤3)中步骤6)中均是先将马弗炉预热至60℃～80℃。
[0023]进一步地，所述的Co(No3)2·
6H2O、NH4F和CH4N2O的摩尔比为1：4：6。
[0024]进一步地，所述的将生长Co3O4/ZnCo2O4中间态的黑色泡沫镍放置于预热到100℃的马弗炉中，以0.8～1.0℃/min的升温速率加热到200℃后，再以1.8～2.0℃/min的升温速率加热到295～300℃后持续进行2h的煅烧。
[0025]进一步地，所述的Zn(No3)2·
6H2O、Co(No3)2·
6H2O、NH4F和CH4N2O的摩尔比为1：2：8：12。
[0026]本专利技术的三维羽毛状Co3O4/ZnCo2O4/NF由一维Co3O4纳米棒和一维ZnCo2O4纳米线组合而成；其中一维Co3O4纳米棒由平均直径为28
‑
32nm的纳米晶粒排列组成，Co3O4纳米棒的长度为1
‑
3μm，平均直径为30
‑
50nm；通过SEM图像可以看出Co3O4纳米棒表面光滑，表明其在水热过程中完全生长；ZnCo2O4纳米线长度为400
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500nm，通过SEM和TEM图像可以发现
ZnCo2O4均匀生长在Co本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种电容增强型三维羽毛状锌钴氧化物锂电负极材料，其特征在于所述的锂电负极材料是由Co3O4和ZnCo2O4制得；所述的锂电负极材料为三维羽毛状结构，比表面积为63～66m2·
g
‑1，孔隙率为30％～40％。2.根据权利要求1所述的一种电容增强型三维羽毛状锌钴氧化物锂电负极材料，其特征在于所述的三维羽毛状结构为Co3O4/ZnCo2O4/NF，是由一维Co3O4纳米棒和一维ZnCo2O4纳米线组装而成。3.根据权利要求2所述的一种电容增强型三维羽毛状锌钴氧化物锂电负极材料，其特征在于所述的一维Co3O4纳米棒由直径为28
‑
32nm的纳米晶粒排列组成，Co3O4纳米棒的长度为1
‑
3μm，平均直径为30
‑
50nm。4.根据权利要求2所述的一种电容增强型三维羽毛状锌钴氧化物锂电负极材料，其特征在于所述的一维ZnCo2O4纳米线长度为400
‑
500nm。5.根据权利要求1至4任意一项所述的一种电容增强型三维羽毛状锌钴氧化物锂电负极材料，其特征在于所述的三维羽毛状结构是以Co3O4纳米棒为“骨架”、ZnCo2O4纳米线为“羽翼”构成的。6.制备权利要求1至4任意一项所述的一种电容增强型三维羽毛状锌钴氧化物锂电负极材料的方法，其特征在于所述的方法是按照以下步骤进行的：步骤一、在泡沫镍上生长Co3O4纳米棒阵列1)将泡沫镍剪成块状，进行清洗后，烘干，将Co(No3)2·
6H2O加入到去离子水中，制成浓度为0.01～0.03nmol/mL的Co(No3)2溶液；向Co(No3)2溶液中加入NH4F和CH4N2O，持续搅拌至溶液呈粉红色；其中，Co(No3)2·
6H2O、NH4F和CH4N2O的摩尔比为1：3.8～4.2：5.8～6.2；2)将粉红色溶液加入到反应釜中，再将清洗烘干后的泡沫镍垂直加入到反应釜中，在118～122℃的温度下加热6h后，冷却至室温，取出带有粉末的泡沫镍，用去离子水和无水乙醇超声清洗数次，之后在60℃条件下烘干，得到生长Co(OH)2的泡沫镍；3)将Co(OH)2的泡沫镍放入到马弗炉中，以0.8～1.2℃/min的升温速度加热到298～302℃后，持续煅烧2h，待马弗炉冷却后取出煅烧至黑色的泡沫镍，静置10
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15min后，用去离子水和无水乙醇分别对泡沫镍进行超声清洗数次，60℃烘干后...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑国旭，黄新哲，袁卓，吴蕊，郑文涛，谢镇鸿，王秋雯，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：
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