[发明专利]一种碳包覆Co、Ni复合氧化物纳米颗粒的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳包覆Co、Ni复合氧化物纳米颗粒的制备方法，在本发明中以乙酸钴·四水合物、乙酸镍·四水合物为主要原料，加入适量的高分子PVP为粘结剂，利用静电纺丝技术在高压条件下制备静电纺丝产品，然后在马弗炉中程序控温烧结，得到了一种碳包覆Co、Ni复合氧化物纳米颗粒，该纳米颗粒作为锂离子电池的负极材料，具有良好的电化学性能；该纳米颗粒作为催化剂，具有良好的催化性能。在整个制备过程中，操作简单，成本低廉，设备投资少，符合绿色环保发展理念科学发展观和可持续发展要求，适合批量生产。

技术领域

本发明属于材料化学领域，具体涉及到一种碳包覆Co、Ni复合氧化物纳米颗粒的制备方法。

背景技术

人类社会经过几十年的迅猛发展，能源短缺和环境污染已成为当今世界的两大主要问题，世界各国开始意识到问题严重性和紧迫性，把解决这两大问题提上了议事议程，目前解决这些问题的主要方法是加大对清洁可再生能源的开发和利用，用可再生的清洁能源代替化石燃料的使用，减少对化石燃料的依赖，清洁可再生能源包括太阳能、风能、地热能、潮汐能、核能等，它们的优点是取之不尽用之不竭且对环境无污染，缺点是容易受到季节性、地域性、不稳定性等不可控环境因素的影响，极大的限制了它们的普及和应用，因此研究可靠稳定的能源储存转化装置成为了关键技术之一。在能源储存与转化装置中，二次锂离子电池在能量储存和释放过程中表现优秀，因此受到了科研工作者们的广泛关注。1979年锂电池的鼻祖Dr.Goodenough发现了将钴酸锂作为电池的正极，将除锂之外的金属材料作为负极，能够实现高密度的能量储存，接着1980年，Dr.Goodenough发明了钴氧化物正极，现在全世界的便携电子设备都采用这种正极，Dr.Goodenough也由此获得了2019年诺贝尔化学奖。锂离子电池作为一种新型的、环境友好的可再生储能装置已被广泛用作各种用电设备的电源，小至手机、笔记本电脑等各种便携式电子设备，大至电动汽车、轻轨云轨等交通工具，锂离子电池无时无刻都在影响人们的生活，为人类生活提供了巨大的便利。

在二次锂离子电池充放电循环过程中，高效的电极材料至关重要，纳米结构的电极材料中可以缩短离子迁移路径，提高离子的迁移速率，较大的比表面积可以增大活性位点来提高材料的电化学反应活性。纳米材料由于其具有定向的电子、离子传导方向，短的径向离子传输路径，强的应力承受能力，大的电化学活性表面积等优势而成为十分有前景的电极材料，纳米材料合成方法主要包括水热法、静电纺丝法、化学气相沉积法等方法，每种方法都各有优点和缺点，其中，静电纺丝法由于其操作简单、方法可控、可批量生产的优点而被认为是制备纳米材料的有效方法，目前，静电纺丝技术不仅广泛应用于实验室连续制备纳米纤维，而且实现了产业化，应用越来越广泛。

静电纺丝技术利用静电场力由于操作简单、方法可控而被用于制备各种无机含碳纳米材料，如碳材料、金属氧化物、磷化物、硫化物等，得到的复合材料具有良好的导电性和快速的电子离子传输路径，因此被广泛用于二次电池电极材料，Huang ZM等人(CompositesScience and Technology,2003,63:2223-2253)综述了静电纺丝技术制备聚合物纳米纤维及其应用，静电纺丝装置主要包括三个部分：喷丝头、高压电源和收集装置；；在静电纺丝过程中，当在喷丝头与接收板之间施加高压时，从针头喷射出来的溶液同时受到静电场力和溶液表面张力，当液滴受到的静电场力和表面张力平衡时，在针头处会形成三角锥型泰勒锥，当电压增大，使液滴静电场力大于表面张力时，液滴会被拉伸成纤维并继续在静电场力的作用下喷在接收板上；影响静电纺丝纤维形貌的因素，主要有以下几个方面：(1)系统参数，如聚合物的分子量和纯度，前驱体溶液的电导率、黏度、介电常数等；(2)操作参数，如针头的规格、电压、推进速率、喷丝头与收集器之间的距离；(3)环境参数，如湿度、温度等；此外，纺丝纤维退火过程中的参数，如煅烧温度、煅烧氛围、升温速率等对纳米纤维材料的结构、形貌、和性能都有比较大的影响。Dan Li等人(Advance Materials,2004,16:1151-1170)研究表明，随着喷头和接收器之间施加电压和接收距离的增大，纺丝纤维直径减小，而随着流体推进速率和高分子溶液浓度的提高，纺丝纤维直径增大。