[发明专利]一种多孔Co3O4长方体的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，尤其涉及一种多孔Co3O4长方体的制备方法及应用。

背景技术

由于锂电池具有较高的能量密度和功率密度等优点，被广泛应用于电动汽车和电子产品的移动储能设备。与传统的锂电池负极材料石墨相比，金属氧化物(如MnO、Fe₃O₄、Mn₂O₃和Co₃O₄)具有较高的比容量，受到研究者的广泛关注。在众多过渡金属氧化物中，Co₃O₄在地球上的储量丰富，是一种优异的锂电池负极材料。2011年，英国的《化学通讯》杂志(Chem.Commun.,2011年，第47卷，12280页)报道了Co₃O₄具有较高的理论比容量(890mAhg^-1)，是目前商业使用的锂电池负极材料石墨(372mAhg^-1)的两倍，并且认为其是一种潜在的锂离子电池负极材料。然而，2014年美国《ACS应用化学界面》杂志(ACS Appl.Mater.Interfaces,2014年,第6卷，7117页)报道了Co₃O₄在充放电过程中容易发生容量衰减。这是因为Co₃O₄在充放电过程中容易发生体积膨胀效应，从而导致其晶格发生塌陷，结构受到了破坏。2014年英国《材料化学》杂志(J.Mater.Chem.A,2014年，第2卷，17408页)报道了具有多孔结构的Co₃O₄可以有效避免其在充放电过程中的体积膨胀效应，并且，这种多孔结构有利于电解质和电子在其内部传输。但是，所报道合成多孔结构的制备方法复杂，成本昂贵，不利于商业化推广。

因此，目前急需一种工艺简单、操作方便、成本低，且能获得良好性能的多孔CO₃O₄长方体的制备方法，以期得到空心结构，提供提高其用做锂离子电池负极材料时的性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种工艺简单、操作方便、成本低，且能获得良好性能的多孔Co₃O₄长方体的制备方法及应用。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种多孔Co₃O₄长方体的制备方法，包括如下步骤：

(1)室温环境下，将9-11mL含有85-95mg均苯三甲酸的乙醇与水的混合溶液滴入到同体积的含有44-54mg的四水乙酸钴和0.2-0.4g聚乙烯吡咯烷酮的乙醇与水的混合溶液中，搅拌均匀后静置22-26小时；

(2)离心分离上述混合溶液，得到粉红色前驱物Co-BTC长方体，即钴与均苯三甲酸形成的配合物；

(3)将所得的粉红色前驱物Co-BTC长方体置于马弗炉中，在空气中以8-12℃/min的速率升温到500℃；再在此温度下煅烧0.5-1.5小时，自然冷却至室温后，得到多孔Co₃O₄长方体。

作为本发明的优选方式之一，所述步骤(1)中含均苯三甲酸的乙醇与水混合溶液中的乙醇与水的体积比为1:1。

作为本发明的优选方式之一，所述步骤(1)中含四水乙酸钴和聚乙烯吡咯烷酮的乙醇与水混合溶液中的乙醇与水的体积比为1:1。

作为本发明的优选方式之一，所述步骤(3)中所得的多孔Co₃O₄长方体具有多孔结构，比表面积为10.44m²/g。

一种使用上述权利要求的多孔Co₃O₄长方体的制备方法制备所得的多孔Co₃O₄的应用。

作为本发明的优选方式之一，将上述制备方法所得的多孔Co₃O₄长方体作为锂离子电池负极材料制备测试电池，包括如下具体步骤：

(1)将在升温速率为8-12℃/min下煅烧温度下得到的多孔Co₃O₄长方体和乙炔黑及聚偏氟乙烯混合制成泥浆状物质，将所述泥浆状物质均匀涂在铜箔上，在75-85℃的烘箱中烘干后，将铜箔剪成直径为12-16mm的圆形电极片；