[发明专利]一种四氧化三钴纳米中空球镶嵌碳片花状复合材料的制备方法及其应用

摘要

一种四氧化三钴纳米中空球镶嵌碳片花状复合材料的制备方法及其应用，属于新型功能材料与新能源技术领域。这种融合四氧化三钴纳米中空结构与碳片结构于一体的花状复合材料成功实现了多级结构的有机耦合，制备方法简单可靠。碳片不仅增加了复合材料的导电性，而且作为基体起到了固定空心四氧化三钴纳米球的作用。作为锂离子阳极材料，碳片结构大大缩短了电解质和锂离子的传输距离，四氧化三钴空心结构有利于提高储锂比容量并缓冲充放电过程氧化物的体积膨胀，因此，以上复合材料作为锂离子电池阳极材料有助于开发高比容量和优异循环性能的锂离子电池。本发明为高性能锂离子电池阳极材料的制备提供了一种很好的设计策略。

主权项

1.一种四氧化三钴纳米中空球镶嵌碳片花状复合材料的制备方法，其特征是，所述制备方法包括如下步骤：（a）将钴盐、可溶性低糖和碱性沉淀剂溶解在去离子水中，得到透明溶液；所述钴盐为硫酸钴、硝酸钴、醋酸钴或氯化钴中的一种；所述可溶性低糖为葡萄糖、果糖、蔗糖、乳糖或麦芽糖中的一种；所述碱性沉淀剂为六亚甲基四胺、三聚氰胺或尿素的一种；钴盐、可溶性低糖及碱性沉淀剂的质量比为0.5‑1.5：0.7：0.5‑0.8；（b）将步骤（a）中得到的透明溶液密封在反应釜中，进行水热反应，得到花状有机前驱体；所述水热反应的温度为100‑300 ℃，水热反应的时间为5‑36 h；（c）将步骤（b）中得到的有机前驱体用去离子水洗涤、烘干后于惰性气氛下退火处理，得到还原态钴氧化物与碳片的复合材料；所述烘干的温度为60‑90 ℃，烘干的时间为8‑24 h；所述惰性气氛下退火处理分两步，第一步退火温度为200‑450 ℃，退火停留时间为0.5‑5 h，升温速率为1‑10 ℃/min，第二步退火温度为600‑1000 ℃，退火停留时间为0.5‑4 h，升温速率为1‑10℃/min；（d）将步骤（c）中得到的产物在空气中低温氧化，得到目标产物花状四氧化三钴纳米中空球镶嵌碳片的复合材料；所述空气中低温氧化的温度为200‑450 ℃，低温氧化的时间为0.5‑4 h，升温速率为1‑10 ℃/min；所述复合材料中四氧化三钴以中空纳米球的形式内嵌在碳纳米片中，纳米片组装形成花状三维结构；四氧化三钴中空纳米球的直径为10‑50 nm，碳纳米片的厚度为5‑100 nm，花状四氧化三钴嵌碳复合材料尺寸为0.5‑15 μm，四氧化三钴含量为 30‑90wt%，复合材料的比表面积为20‑300 m2 g‑1。