[发明专利]一种钴酸锌纳米片材料的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种钴酸锌纳米片材料的制备方法及其应用，制备方法为：将锌源和钴源溶于去离子水中，将8‑羟基喹啉溶解于无水乙醇中，再将两溶液混合并搅拌，混合后转入反应釜中进行水热反应，自然冷却至室温后离心分离得到固体；将得到的固体进行高温煅烧，自然冷却至室温后，即得到钴酸锌纳米片材料。本发明相较于其他负极储能材料的比容量相比，具有较大的比表面积，同时具备优异的充放电比容量及良好的倍率性能，制备方法简单，成本低廉，性能优异，适用于大规模商业电池的生产。

技术领域

本发明涉及一种电池材料，具体涉及一种钴酸锌纳米片材料的制备方法及其应用。

背景技术

近年来，由于锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命以及好的稳定性等优点，锂离子电池在智能手机，笔记本电脑，电动汽车，混合动力汽车等领域得到了广泛应用。然而，作为锂离子电池的传统负极材料——石墨，从石墨的低容量(372mAh g^-1)和有限的倍率容量来看，石墨很难满足高能量/功率密度和安全性的要求。尽管由于硅基以及锡基材料可以表现出高的理论容量和低的放电电位，比石墨更好的潜在应用，但是硅基以及锡基材料的应用仍然受到很多方面的限制，包括低导电率和明显的体积膨胀。因此，对于高性能锂离子电池来说，开发低成本，高容量，循环稳定性好的新材料非常重要。

另外，以纳米结构作为负极材料的过渡金属氧化物由于其理论容量高，成本低，安全性高而备受关注。在过去的几年里，过渡金属氧化物如MnO，ZnO，Fe₃O₄和Co₃O₄等已被广泛研究作为锂离子电池负极材料。然而，在大量的锂离子电池负极材料的过渡金属氧化物中，Co₃O₄表现出了更为优异储锂容量(890mAh g^-1)。然而，由于Co₃O₄的毒性和昂贵的成本，它不是锂离子电池的理想负极材料。为解决这个问题，人们用廉价和无毒环保的金属如Zn、Fe和Ni替代Co₃O₄中的一个Co原子是一种有效的方法。

迄今为止，越来越多的研究人员开始关注Co基二元过渡金属氧化物，因为Co基二元过渡金属氧化物作为锂离子电池的电极材料可以克服普通金属氧化物的缺点，并优化了两种功能金属具有更好的电化学性能和机械稳定性。到目前为止，许多具有不同纳米结构的钴酸锌材料已应用于锂离子电池。但传统的钴酸锌作为负极材料的可逆容量并不是很高，虽然近年来付出了巨大的努力，但采用简便的方法制备具有高可逆比容量的钴酸锌是非常重要并且充满挑战。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供钴酸锌纳米片材料的制备方法及其应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种钴酸锌纳米片材料的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)将锌源和钴源溶于去离子水中，将8-羟基喹啉溶解于无水乙醇中，再将两溶液混合并搅拌，混合后转入反应釜中进行水热反应，自然冷却至室温后离心分离得到固体；

(2)将得到的固体进行高温煅烧，自然冷却至室温后，即得到钴酸锌纳米片材料。

进一步地，步骤(1)所述锌源为硝酸锌，所述钴源为硝酸钴。

进一步地，步骤(1)所述锌源和钴源的摩尔比为1：2，所述8-羟基喹啉的用量与钴源的摩尔比为13-15:1。

进一步地，步骤(1)所述水热反应的温度为170-190℃，反应时间为温8-10小时。

进一步地，步骤(2)高温煅烧在管式炉空气氛围中进行，以1-2℃/min的速度升温到550-650℃保温1.5-2.5小时。