[发明专利]一种二维多孔片状硅酸钴纳米材料及其制备方法、锂离子电池负极、锂离子电池

说明书

本发明提供了一种二维多孔片状硅酸钴纳米材料及其制备方法、锂离子电池负极、锂离子电池，本发明首先通过水热法和焙烧获得氧化锌，再在氧化锌上包裹复合二氧化硅，然后用盐酸洗去氧化锌，最后利用空心的二氧化硅水热生成二维多孔片状的硅酸钴复合材料。二维片状硅酸钴多孔结构可以促进电/离子传输，同时多孔结构可以提供大量活性位点，缓解材料体积膨胀。该材料应用于电池负极材料，具有良好的循环稳定性和高的比容量。与现有技术相比，本发明制备工艺简单、产率高、成本低。而且，产品稳定，比表面积大，有利于电子传输；锂离子电池负极材料，具有较大的比容量和较好的循环性能。

技术领域

本发明涉及无机纳米材料技术领域，特别涉及一种二维多孔片状硅酸钴纳米材料及其制备方法、锂离子电池负极、锂离子电池。

背景技术

目前能源衰竭问题日益加剧，急需寻找更加合适的新型储能工具，锂离子电池是20世纪70年代以后发展起来的一种新型电能储存技术，因其容量大，循环寿命长，工作电压高等优点，已广泛应用于各种军事民用消费电子产品中。

锂离子电池负极，目前传统的使用石墨，其理论容量低(372mAh/g)，安全性不足，极大限制高性能高安全性锂离子电池的研制。为此，许多研究者将负极材料纳米化，构建纳米结构可以提高材料的活性，增强电池性能。然而，纳米材料的团聚与相互接触电阻增大，不利于电池性能发挥。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种二维多孔片状硅酸钴纳米材料，解决锂离子电池负极体积膨胀问题，而且，加快电子离子传输获得高性能。

本发明的另一目的在于提供一种二维多孔片状硅酸钴纳米材料的制备方法，利用价格低廉的原料制备得到二氧化硅，再通过水热法得到二维多孔的硅酸钴纳米材料作为电池负极。制备工艺简单、产率高、成本低。

本发明的还有一个目的在于提供一种锂离子电池负极，采用二维多孔片状硅酸钴纳米材料作为原料。

本发明最后一个目的是提供一种锂离子电池，采用上述锂离子电池负极。

本发明具体技术方案如下：

一种二维多孔片状硅酸钴纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将锌盐和硫脲置于在乙二胺中，混匀，将混合溶液转移至反应釜中水热反应，得到片状硫化锌前驱体；

2)将步骤1)得到的前驱体在高温下焙烧，冷却至室温，制得二维多孔片状氧化锌纳米颗粒；

3)将步骤2)制备的二维多孔片状氧化锌纳米颗粒溶于乙醇和水混合溶液中，再加入氨水搅拌混匀后，加入硅酸四乙酯不断搅拌，然后静置收集底部沉淀，水醇交替洗涤沉淀，干燥；

4)将步骤3)所得产物溶于盐酸并搅拌，离心收集沉淀，干燥，得到空心二氧化硅；

5)将步骤4)制备的空心二氧化硅分散于水中，得到空心二氧化硅分散液，向分散液中加入钴源和氯化铵的混合溶液，搅拌混匀，再边滴氨水边搅拌，得到混合溶液，然后将混合溶液转移至反应釜中水热反应，反应结束后，将产物洗涤，干燥，收集；

6)将步骤5)所得产物在氮气氛围下退火焙烧，二维多孔片状硅酸钴纳米材料。

步骤1)中所述锌盐为氯化锌；所述乙二胺体积优选25～30ml；

步骤1)中锌盐和硫脲的摩尔比为1:2；锌盐在混合溶液中浓度为0.03-0.04mol/L。

步骤1)中所述水热反应温度为160℃～200℃，优选170～180℃；反应时间为12～16小时，优选13～14小时；

步骤1)中进一步的，水热反应结束后，将产物洗涤，干燥，收集。

步骤1)中所述干燥温度30～80℃，优选50～60℃；干燥时间2～18小时，优选4～8小时。