[发明专利]单晶结构Co

说明书

本发明公开了单晶结构Co₃O₄纳米线阵列纤维状电极材料的制备方法，包括：取金属丝，清洗；置于空气气氛下进行低温预处理；称量一定量的醋酸钴，搅拌溶于无水乙醇中，得到粉色的混合溶液；将金属丝，低温下浸泡于混合溶液一定时间，取出，去离子水洗净，烘干；将金属丝置于六水硝酸钴，氟化铵和尿素的混合溶液中，反应得到负载有钴离子纳米线阵列的金属丝；于空气气氛下，煅烧，得到单晶结构的Co₃O₄纳米线阵列纤维电极材料。本发明还提供了具有单晶结构的Co₃O₄纳米线阵列纤维状电极材料。本发明的金属丝具有很好的柔韧性、机械性能和拉伸性能，满足可穿戴电子设备的需求。

技术领域

本发明涉及到一种电极材料及其制备方法，具体涉及一种单晶结构Co₃O₄纳米线阵列纤维状电极材料及其制备方法，属于储能材料制备领域。

背景技术

当前，电子产品已经是人们生活中不可缺少的一部分，随着电子产品的迅猛发展，开发高能量密度、高功率密度、高电压与长循环的储能设备已迫在眉睫。传统的储能设备具有体积庞大、质量重及循环寿命短等缺陷，与人们追求轻便的、优异的柔韧性、易携带的电子设备背道而驰。而可穿戴柔性储能设备具有微型化、柔性化、轻质化等优势，受到人们大力发展。

纤维状电极材料在可穿戴柔性储能设备中扮演着不可替代的作用，决定了整个可穿戴柔性储能器件的电化学性能。其中，Co₃O₄可应用于各种储能设备的电极材料，具有高理论容量、高能量密度受到很多研究者的关注。但是，由于 Co₃O₄导电性差、体积膨胀较大、循环寿命短等缺陷，限制了其发展。

为了解决上述问题，可采用以下几种策略：1.利用导电性好的纤维材料做为基底，将Co₃O₄原位铆钉在其表面，得到导电性好的复合电极材料；2.设计一种三维阵列结构，为充放电过程提供足够的体积膨胀空间，增强材料的结构稳定性；3.元素掺杂，造成一些晶格缺陷，提高导电性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有单晶结构的Co₃O₄纳米线阵列纤维状电极材料，实现循环性能好、倍率性能好、能量密度高与功率密度高。

本发明是这样实现的：

一种具有单晶结构的Co₃O₄纳米线阵列纤维状电极材料，采用金属丝(包括镍丝、钛丝、铜丝等)做为电极材料的导电集流体，其中电极材料是利用金属丝的氧化层为钴离子提供成核位点，调控其生长速率，四氧化三钴原位铆钉在金属丝表面，得到的具有单晶结构的Co₃O₄纳米线阵列纤维状电极材料。

本发明中，金属丝表面易形成氧化层，一方面可以在充放电过程中提供一定缓冲空间，有利于提高电化学性能的稳定性；另外一方面，在溶剂热反应过程中，金属丝表面的氧化层可以调控钴离子成核位点，起到一定的铆钉作用，提高电极材料结构稳定性。

在溶剂热反应过程中，通过温度和缓冲液浓度调控，钴离子发生有序的自组装反应，形成了具有单晶结构的Co₃O₄纳米线阵列均匀负载在金属丝表面，该纳米线阵列长1～5μm，直径为100～300nm。

本发明还提供了单晶结构Co₃O₄纳米线阵列纤维状电极材料的制备方法，包括如下步骤：

a.取一定量金属丝，分别用丙酮、无水乙醇和去离子水清洗；

b.将步骤a所得到的金属丝，置于空气气氛下进行低温预处理；