[发明专利]NiCo2O4及其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种NiCo₂O₄的制备方法：以氨水溶液为母液，将金属源溶液和沉淀剂注入母液中进行反应，控制反应过程中反应体系的pH值为11.5～12.5，温度为70～90℃，将反应得到的产物进行洗涤、干燥得到碱式碳酸镍钴复合前驱体；金属源溶液是将镍盐、钴盐和表面活性剂加入到去离子水中混合均匀得到的；将所碱式碳酸镍钴复合前驱体进行煅烧，得到的粉体材料即为NiCo₂O₄。本发明还相应地公开了该NiCo₂O₄的结构以及应用。本发明制备得到的NiCo₂O₄结构新颖，具有多孔双半球型结构，作为锂离子电池负极材料时，半球之间的裂缝使得材料具有较大的表面积，有利于材料与电解液的接触，另外，特殊的多孔双半球结构有利于锂离子扩散到材料中，使材料的倍率性能和循环性能得到有效提升。

技术领域

本发明属于无机功能材料领域，尤其涉及一种特殊形貌的镍钴复合氧化物(NiCo₂O₄)的制备及其应用。

背景技术

近年来，由于锂离子电池传统负极材料石墨理论容量较低，高容量的新型负极材料受到了高度关注。金属氧化物如Co₃O₄，Fe₂O₃，ZnO，NiO，SnO₂，TiO₂和AB₂O₄(例如MnCo₂O₄，NiCo₂O₄，ZnCo₂O₄，FeCo₂O₄等)因为具有很高的比容量，被认为在电化学储能负极材料领域具有广阔前景。在各种金属氧化物中，NiCo₂O₄具有理论电容高，成本低，电化学活性好，容量大等优点，引起了研究者的广泛兴趣。此外，NiCo₂O₄比Co₃O₄或其他单一金属氧化物具有更好的导电性，因为它具有两种活性金属物种，且电子转移活化能低。所有这些优点使得NiCo₂O₄成为用于锂离子电池的潜在负极材料。然而，NiCo₂O₄在高放电速率下进行充放电测试时表现出较差的循环性能和可逆容量，限制了其进一步的实际应用，而通过改变其形貌来改善它的电化学性能成为一种有效的途径。

研究表明，表面积较大的材料能与电解质更充分地接触，暴露更多的活性位点并缩短电解质和锂离子的扩散距离，具有出色的电化学性能。因此，现有技术已经合成了各种形态纳米结构的NiCo₂O₄作为负极材料，包括纳米线，纳米片，纳米花等。研究结果表明纳米晶化处理的NiCo₂O₄使锂离子电池的电化学性能明显增强，但纳米材料具有其固有的缺点，如成本高，易团聚等缺陷。

为了克服现有纳米结构材料的缺点，设计出微/纳米结构的NiCo₂O₄材料，即材料中纳米级的颗粒相结合组成有序的微米级结构，既可以继承纳米颗粒的优势(如活性表面积较大)，同时克服了纳米材料容易团聚的缺点，使材料具有更好的电化学性能。然而上述提到NiCo₂O₄的结构形貌和制备方法还是无法将NiCo₂O₄的电化学性能充分发掘出来，亟待需要进一步进行改进。

发明内容