[发明专利]一种用于电池正极材料的球状二氟化钴及其制备方法

说明书

技术领域

本发明的实施方式涉及锂电池能源领域，更具体地，本发明的实施方式涉及一种用于电池正极材料、特别是一种通过水热合成的球状CoF₂及其制备方法。

背景技术

近年来，锂离子电池作为一种新型的、可充放电的能源储存设备，在家用电器、笔记本电脑和手机等便携式电子设备上得到了广泛的应用。而在锂离子电池使用的电极材料中，负极材料经过广泛而深入的研究后发现，正极材料对于整个电池性能的提高也起到关键性作用，其中金属氟化物由于其较高的理论电容量而成为最新型、最有潜力的正极材料之一，受到各国研究者的亲睐。但是，这类材料由于其本身较大的能带隙和锂离子嵌入/脱出过程中形成的高绝缘物质LiF，导致其导电性极差，阻碍了其在电池正极材料领域中的应用。因此，为解决这些问题，研究者提出了很多改进材料的措施。

据我们所知，设计一种三维结构的纳米级材料是一种最为有效解决上面问题的策略之一。主要源于这种三维结构具有接触面积大和离子、电子传导快，在电池充放电过程中提供缓冲区域避免较大的体积改变，从而减轻电极材料粉碎，最终达到提高电化学性能。到目前为止，关于负极材料的研究报道很多，主要也是通过电极材料的结构设计来提高锂离子储锂性能，如：纳米线/棒，纳米颗粒/晶体，纳米花状或更复杂的结构等。而对于正极材料的氟化钴，采用绿色简单的合成方法、设计一种独特的三维结构，提高其电化学性能，是目前最受关注的热点。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种用于电池正极材料的球状二氟化钴及其制备方法的实施方式，以期望可以获得一种电化学性能好的材料作为正极材料，同时获得一种简单的制备方法。

为解决上述的技术问题，本发明的一种实施方式采用以下技术方案：

一种用于电池正极材料的球状二氟化钴，它是以氟化铵为氟源，以六水硝酸钴为钴源，以乙二醇为溶剂，采用水热法合成的、以纳米小颗粒堆叠而成的粒径为100～500nm的球状CoF₂。

一种用于电池正极材料的球状二氟化钴的制备方法，它包括以下步骤：

(1)按照摩尔比1:3～4:4～5取氟化铵、六水硝酸钴和尿素，然后搅拌溶解于乙二醇中，得到粉红色溶液；

(2)将所述粉红色溶液转入内衬为聚四氟乙烯的反应釜中，在温度120～200℃下反应2～40小时，反应完成后，离心，洗涤，收集沉淀；

(3)将所述沉淀烘干后磨碎，得到粉红色粉末状成品。

优选的，所述氟化铵、六水硝酸钴和尿素的摩尔比为1:3:5。

优选的，所述粉红色溶液在反应釜中的反应温度为200℃，反应时间为20小时。

进一步的技术方案是：所述六水硝酸钴溶解于乙二醇后的浓度为3.0～6.0mg/mL。

更进一步的技术方案是：所述洗涤的方法是依次用去离子水和无水乙醇洗涤分别洗涤3次。

更进一步的技术方案是：所述干燥的方法是采用鼓风干燥箱烘干。

更进一步的技术方案是：所述干燥的温度为50～80℃，干燥的时间为6～12小时。

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：(1)制备工艺简单廉价，球状的CoF₂正极材料的制备是通过一锅水热法合成而得到，降低了成本，同时也避免了繁琐的合成工艺，缩短了制备周期，效率高；使用无毒的绿色试剂氟化铵作为氟源合成，避免了使用强腐蚀性HF，降低了安全隐患；(2)制备的球状的CoF₂正极材料的结构特点在于纳米小颗粒堆叠而成的100～500nm粒径的球体，克服了充放电过程中锂离子脱出/嵌入的体积变化；(3)通过这种简单的方法制备的球状的CoF₂正极材料的比电容量和循环寿命有很大提高，我们采用同样的方法制备了不同温度范围下合成CoF₂及不同时间条件下的CoF₂，我们发现水热温度为200℃，水热时间为20h条件下合成的CoF₂结构最稳定，在电流密度20mA·g^-1下首次放电电容量为567.6mAh/g，循环30次后电容量仍能维持为131.2mAh/g；(4)一锅水热法合成的球状的CoF₂正极材料，是一种非常有前景的锂电池材料。

附图说明

图1为本发明的球状CoF₂的SEM图。

图2为本发明的球状CoF₂不同温度条件的XRD图。