[发明专利]一种Co3O4微球花状材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于锂离子电池负极材料的Co₃O₄微球花状材料及其制备方法。

技术背景

锂离子电池因其高能量密度而备受关注，成为目前电气设备的主要电源。作为一种新型电池材料，2000年开始研发的过渡金属氧化物因其较高的能量密度越来越受到人们的关注[1]。其中Co₃O₄是过渡金属氧化物家族中最稳定的一相。

Co₃O₄是典型的p型半导体材料，能带宽度在1.48                                                2.19 eV之间，具有良好的电化学行为及较高的比容量值，因而作为锂离子电池负极材料而得到广泛研究。现在已经有很多方法来制备Co₃O₄，比如热分解法[2]，多元醇法[3]，电化学沉积(ECD)[4]，熔融盐法[5]，盐溶液法[6]，电化学气相沉积[7]，电化学喷雾热解[8]等。

上述的各种方法针对Co₃O₄电极材料结构纳米化来改善其储锂性能，但是，该材料在充放电过程中的粒子的团聚、结构稳定性差等问题造成了该材料的首次不可逆效率低下、循环稳定性差等缺点还有待解决。本发明正是为了解决现有的技术问题而提供一种新的微纳米结构花状Co₃O₄材料的制备方法，重点考虑Co₃O₄材料的尺寸及花状形貌对电化学行为影响，进而解决Co₃O₄材料在充放电过程中的粒子的团聚、结构稳定性差的问题。

在制备方法及成本方面考虑，与以上方法相比较，微乳法因其特殊的制备特点，比如相对大的界面，超低的界面张力，已经被广泛使用来制备纳米结构材料。微乳法中的微乳液属于热力学稳定体系，在一定条件下，具有保持稳定小尺寸的特性，在单分散粉体制备中具有独特的优势。在混合过程中，由于胶团碰撞，发生微乳液内物质交换，各种化学反应(氧化-还原反应，沉淀反应等)在水/油平衡体系内进行成核和生长，并且粒子大小可以控制。由于反应物是以高度分散状态供给的，能有效防治反应物局部过饱和现象，使粒子成核和长大过程均匀进行。生成的粒子在水/油平衡体系内保持稳定，不会引起不必要的凝聚。因此，在控制颗粒尺寸、形貌上，微乳法能够在较低温度、较小的反应时间内制备分布均匀、结晶度高的纳米结构材料[9-10]。

参考文献

[1] S. Kobayashi, Y. Uchimoto. Lithium ion phase-transfer reaction at the interface between the lithium manganese oxide electrode and the nonaqueous electrolyte. J. Phys. Chem. B, 2005, 109: 13322~13326.

[2] X.W. Lou, D. Deng, J.Y. Lee, et al. Thermal formation of mesoporous single-crystal Co₃O₄ nano-needles and their lithium storage properties. J. Mater. Chem., 2008, 18: 4397~4401.

[3] A.M. Cao, J.S. Hu, L.J. Wan, et al. Hierarchically structured cobalt oxide (Co₃O₄): the morphology control and its potential in sensors. J. Phys. Chem. B, 2006, 110: 15858~15863.

[4] C.N. Polo da Fonseca, M.A. de Paoli, A. Gorenstein. The electrochromic effect in cobalt oxide thin films. Adv. Mater., 1991, 3: 553~555.