[发明专利]丝胶碳膜包覆Co3O4多孔微球复合材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种丝胶碳膜包覆Co₃O₄多孔微球复合材料及制备方法。本发明通过将Co₃O₄多孔微球浸泡于丝胶溶液中，离心、干燥，然后进行高温烧结，得到用丝胶碳膜包覆Co₃O₄多孔微球复合材料。本发明方法制备成本低廉，工艺简单，且低碳环保，得到的丝胶碳膜包覆Co₃O₄多孔微球复合材料导电性好，循环稳定性高，可用作锂硫电池的正极材料。

技术领域

本发明属于电池材料的技术领域，特别是涉及一种丝胶碳膜包覆Co₃O₄多孔微球复合材料及其制备方法。

背景技术

四氧化三钴(Co₃O₄)是一类典型的过渡金属氧化物，其晶体结构为典型的尖晶石结构，其中O^2-为立方紧密堆积，Co²⁺离子为四配位，填充于氧四面体空隙，而Co³⁺离子为六配位，填充于氧八面体空隙。Co₃O₄独特的晶体结构，优异的机械稳定性和良好的电化学性能使其在超级电容器、锂离子电池、锂硫电池等新能源领域有比较广泛的应用前景。

目前，作为电池电极材料，Co₃O₄已成为研究发展最快的过渡金属氧化物之一，原因在于Co₃O₄具有以下诱人的独特优势：a)原料易得，合成简单；b)作为锂电负极材料具有超高的理论容量，约为890mAh g-1；c)具有良好的环境稳定性，例如Wang X等人用水热法制备的Co₃O₄中空球被应用于锂离子电池负极材料(Synthesis and Lithium Storage Propertiesof Co₃O₄Nanosheet-Assembled Multishelled Hollow Spheres.Advanced FunctionalMaterials,Vol.20，No.10，May 25 2010)，在0.2C倍率下，首次放电比容量达到1192.3mAh/g，经过170圈后比容量保持在544mAh/g，单次循环容量损失率约为0.2％。

然而作为锂硫电池的正极材料，单一Co₃O₄的电化学表现并不理想。其主要原因是活性材料不能全部激活参与充放电反应，加之Co₃O₄导电性不好，充放电过程中硫体积膨胀严重等问题，从而限制了其在储能领域的发展。针对这些问题，人们做了大量改进工作，其中比较有效的方法之一就是在Co₃O₄中掺入碳材料，碳材料不仅循环稳定性好，而且大多具有良好的导电性，所以在Co₃O₄中通过掺入少量碳材料，是改善其导电性从而提高电池电化学性能的有效途径之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种丝胶碳膜包覆Co₃O₄多孔微球复合材料及其制备方法。本发明中Co₃O₄多孔微球可以容纳硫在充放电过程中的体积变化，并且可以吸附多硫化物缓解穿梭效应。同时，外层包覆的碳膜可以起到改善硫正极导电性的作用，从而为提高锂硫电池整体电化学性能提供一种解决思路。此外，本发明的制备方法工艺简单、绿色环保。

为了达到上述的目的，本发明采取以下技术方案：

一种丝胶碳膜包覆Co₃O₄多孔微球复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用溶剂热法制备Co₃O₄多孔微球；