[发明专利]一种碳包覆多孔四氧化三钴纳米颗粒的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种碳包覆多孔四氧化三钴纳米颗粒的制备方法及其作为电极材料方面的应用。该方法包括以下步骤：步骤（1），将硝酸钴和草酸置于混合研磨，得到粉红色的浆状物；将所得浆状物水洗后干燥，然后在空气气氛中进行煅烧，得到多孔四氧化三钴；步骤（2），将碳源前驱体用少量水溶解，然后与多孔四氧化三钴一起加入乙醇研磨均匀，并将所得混合物放入烘箱中烘干；步骤（3），将步骤（2）所得混合物转移到程序升温管式炉中，在保护气氛下升温炭化后即得碳包覆的多孔的四氧化三钴纳米颗粒。该电极材料的制备方法简单，成本较低，应用于锂离子电池中，与单纯的四氧化三钴纳米颗粒相比，表现出优异的循环性能和倍率性能。

技术领域

本发明属于纳米材料制备领域，特别涉及一种碳包覆多孔四氧化三钴纳米颗粒的制备方法及其在锂离子电池电极材料方面的应用。

背景技术

石油资源的不断开采和使用引发了能源危机和环境污染，成为了全球共同关注的焦点话题。目前，全球各地的科研机构和专家学者纷纷在开发和探索新能源或新能源技术，使能源和环境走上可持续发展的道路。其中，锂离子电池在储能方面的发展越来越受到关注，其相对于传统电池(铅蓄电池,镍镉电池等)具有比容量大、质量轻、使用寿命长等优点。但是随着社会发展，对电池性能的要求也在不断提高，锂离子电池也在不断的改进。

虽然，目前主要使用石墨作为商业化锂离子电池的负极材料，但是其比容量低，倍率性能差，使锂离子电池的发展受到相应的限制。过渡金属氧化物由于其来源广泛，价格低廉且比容量大等优势，在锂离子电池方面的应用引起了研究者的广泛关注。钴基氧化物负极材料由于其较高的比容量(890mA h g^-1)引起了人们广泛的研究兴趣。但是，它们本身的低导电率和在充放电过程中发生严重的体积膨胀等缺点限制了其在高性能能量存储器件中的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种碳包覆多孔四氧化三钴纳米颗粒的制备方法，可以提高材料的导电性以及缓解充放电过程中的体积膨胀问题。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种碳包覆多孔四氧化三钴纳米颗粒的制备方法，包括以下各步骤：

步骤(1)，四氧化三钴的制备：将硝酸钴和草酸置于混合研磨，得到粉红色的浆状物；将所得浆状物水洗后干燥，然后在空气气氛中进行碳化，得到多孔四氧化三钴；

步骤(2)，碳包覆多孔四氧化三钴前驱体的制备：将碳源前驱体用少量水溶解，然后与多孔四氧化三钴一起加入乙醇研磨均匀，利用乙醇的挥发带走混合物中的水分，并将所得混合物放入烘箱中烘干；

步骤(3)，将步骤(2)所得混合物转移到程序升温管式炉中，在保护气氛下升温炭化后即得碳包覆的多孔的四氧化三钴纳米颗粒。

进一步优选地，步骤(1)中硝酸钴和草酸的摩尔为1:(1-2)，优选的最佳摩尔比为1:1.5。

进一步优选地，步骤(1)中研磨时间为1.0-1.5小时。

进一步优选地，步骤(1)中所述煅烧温度为400-600℃，升温速度为2-5℃min^-1，煅烧时间为2-3h。

进一步优选地，步骤(2)所述的前驱体为葡萄糖，壳聚糖，蔗糖等糖类物质。

进一步优选地，步骤(2)中碳源前驱体和步骤(1)所得的多孔四氧化三钴的质量比为(0.5-1.5):(4-6)，优选的最佳质量比为1:5。

进一步优选地，步骤(2)所述研磨时间为0.5-1.0h。

进一步优选地，步骤(3)所述的保护气氛是氮气或惰性气体等。

进一步优选地，步骤(3)所述炭化温度为350-450℃，升温速度为2-5℃min^-1，煅烧时间为2-3h。