[发明专利]一种多层核壳结构二元钴镍金属氧化物包裹聚苯胺纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种多层核壳结构二元钴镍金属氧化物包裹聚苯胺纳米复合材料及其制备方法和应用，以自模板、钴盐、镍盐为原料，在高纯水中进行水热反应合成二元钴镍金属氧化物碳微米球前驱体；然后通过马弗炉在空气氛中高温煅烧来除去微米球中碳，在高温退火的过程中，由于收缩力和粘附力的影响下形成形貌独特的三层核壳Co₃O₄‑NiO空心微米球，再在微米球表面通过原位生长聚苯胺纳米针。空心的核壳结构有利于电子传输，同时球体外表面包裹的柔性聚苯胺纳米针解决了空心球体在多次充放电循环中结构容易破碎坍塌导致循环性能变差的缺点，该材料应用于锂离子电池有着循环性能好，比能量密度高等优点。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料技术领域，具体涉及一种多层核壳结构二元钴镍金属氧化物包裹聚苯胺纳米复合材料及其制备方法和应用，用于制作锂离子电池负极。

背景技术

由于化石燃料有限，并且燃烧会带来一系列的环境问题，太阳能、水能、核能等清洁能源作为替代能源得到了前所未有的发展。

锂离子电池作为一种化学储能器件，由于其能量密度大，输出电压高，循环性能优良等优点，在便携式电子设备、电动汽车和能源储存等领域已经得到广泛的应用。目前商业化锂离子电池负极材料主要是石墨碳材料，其理论容量偏低，限制了锂离子电池电化学性能的提高，因此设计和制备高性能锂离子电池负极材料是满足锂离子电池性能增强和扩大应用的关键。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种多层核壳结构二元钴镍金属氧化物包裹聚苯胺纳米复合材料及其制备方法，利用价格低廉原料制备得到二元钴镍金属氧化物微米球，在冰浴的条件下在微米球表面包裹生长导电聚合物聚苯胺纳米针，得到二元钴镍金属氧化物/聚苯胺纳米复合材料，用作锂离子电池负极材料。其制备方法简单，成本低廉，产率高。

本发明另一目的在于提供一种多层核壳结构二元钴镍金属氧化物包裹聚苯胺纳米复合材料的应用，用于锂离子电池负极。

本发明采用的技术方案如下：

一种多层核壳结构二元钴镍金属氧化物包裹聚苯胺纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将自模板、钴盐和镍盐溶于水中，进行水热反应，得到二元钴镍金属氧化物碳微米球前驱体；

2)将步骤1)中获得的二元钴镍金属氧化物碳微米球前驱体在空气中高温煅烧，冷却至室温，得到多层核壳结构二元钴镍氧化物微米球；

3)将步骤2)得到的多层核壳结构二元钴镍氧化物微米球在冰浴中进行聚苯胺的包裹，即可得到多层核壳结构二元钴镍金属氧化物包裹聚苯胺纳米复合材料。

步骤1)中所述水为高纯水；以免有其它杂质，影响实验结果。

步骤1)所述模板为葡萄糖或蔗糖，在水热反应中主要起到自模板的作用，葡萄糖或蔗糖在高温下缩水聚合形成碳球，同时吸附金属阳离子渗入碳球原位配位；

步骤1)所得二元钴镍金属氧化物碳微米球前驱体的直径2-5μm。

进一步地，步骤1)中，所述自模板、钴盐、镍盐的物质的量之比为14： 10：5；按照上述用量比控制，得到微米球均匀、稳定，得到多层核壳结构。

优选的，所述钴盐为四水合乙酸钴；镍盐为四水合乙酸镍；这两种盐形成的多层核壳结构层数较多，不易破碎，性能稳定。所述钴盐在水中浓度0.1-0.4M。

步骤1)中，所述水热反应的条件为150-180℃反应0.5-8小时；

优选的，反应温度为180℃，反应时间为8小时。

步骤1)中，反应结束后经离心、洗涤、干燥处理。