一种四氧化三钴纳米线阵列负极材料的制备方法

技术领域

本发明属于纳米功能材料领域，具体涉及一种四氧化三钴纳米线阵列负极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池作为新一代的可充电的电化学电池，已经广泛的应用于便携式电子设备领域，为了进一步改善锂离子电池的电化学性能，使其具有更高的能量密度，循环性能与稳定性能，需要进一步开发新的电极材料，提高电池性能。然而，现有的商用石墨负极电极容量有限，而过渡金属氧化物作为锂离子电池负极材料，其比容量是传统石墨负极材料(372mAhg

虽然Co

发明内容

本发明的目的是在于克服现有技术的不足，解决目前过渡金属氧化物存在的因体积变化而引起的循环性能和稳定性能变差的问题，提供一种生产过程简单且形貌可控的四氧化三钴纳米线阵列的制备方法。

一种四氧化三钴纳米线阵列负极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）分别称取一定量的钴盐、尿素和氟化铵，将其放入盛有去离子水的烧杯中，搅拌使其溶解得到混合溶液；

（2）将步骤（1）得到的混合溶液转移到电沉积池中作为电沉积溶液，以预处理后的干净钛箔作为工作电极，恒电位电沉积，分别用去离子水和无水乙醇洗涤电沉积产物，干燥，得到的钛箔表面负载有Co

（3）将步骤（2）得到的表面负载有Co

步骤（1）钴盐为乙酸钴、硝酸钴或氯化钴中的一种或几种任意比例混合物。

步骤（1）钴盐与尿素摩尔比为1:4～4:1，钴盐与氟化铵的摩尔比为1:2～2:1。

步骤（2）钛箔的预处理：用砂纸抛光钛箔，分别使用去离子水和丙酮-异丙醇混合溶液对钛箔超声清洗，再无水乙醇洗涤，烘干，得到干净钛箔；丙酮-异丙醇混合溶液中丙酮-异丙醇的体积比为1:1。

步骤（2）电沉积电位为0.5～2.5V，电沉积时间为3～24h，电沉积使用的混合溶液温度为60～90℃。

步骤（3）煅烧温度为250～550℃，煅烧时间为1～3h，煅烧气氛分别为空气或氮气。

本发明的优点：

（1）本发明设计并可控的合成了Co

（2）本发明制备工艺可常压下在电沉积槽中进行，无需水热反应的高压环境，本发明的制备方法操作简单可控，反应温度低，对设备要求不高，本发明适用于制备四氧化三钴纳米线阵列负极材料，有助于工业化推广。

附图说明

图1为实施例1步骤（3）中Co

图2为实施例1步骤（3）中Co

图3为实施例1步骤（4）中Co

图4为实施例1步骤（4）中Co

图5为实施例1步骤（4）中Co

图6为实施例1步骤（4）中Co

图7为实施例1步骤（4）中Co

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

一种四氧化三钴纳米线阵列负极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）在室温条件下，称取8mmol的四水合乙酸钴、32mmol的尿素与16mmol的氟化铵溶解于100mL的去离子水中，磁力搅拌10h，形成均匀的透明混合溶液；

（2）钛箔的预处理：首先用800目的碳化硅砂纸抛光0.2mm的钛箔；使用去离子水对钛箔超声清洗10min，再使用丙酮和异丙醇体积比为1:1混合的丙酮与异丙醇混合溶液对钛箔超声清洗10min，最后使用无水乙醇洗涤3次，再在60℃下烘干5h，得到干净的钛箔；

（3）将步骤（1）的混合溶液转移到电沉积池中，将一对步骤（2）处理过的干净的钛箔作为电沉积的正负极，电沉积电位保持1.0V，电沉积池中混合溶液的温度保持为90℃，电沉积时间为12h，在正极钛箔上得到产物，分别用去离子水和无水乙醇各洗涤钛箔3次，再在60℃下干燥24小时，得到钛箔表面负载有Co

（4）将表面负载有Co

图1为本实施例步骤（3）中Co

图3为本实施例步骤（4）中Co

图4为本实施例步骤（4）中Co

图6为本实施例步骤（4）中Co

表1

在充满Ar气(水，氧含量小于 1ppm)的手套箱中，组装扣式 CR2032 半电池，本实施例制备得到的Co

实施例2

一种四氧化三钴纳米线阵列负极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）在室温条件下，称取8mmol的六水合硝酸钴、32mmol的尿素与16mmol的氟化铵溶解于100mL的去离子水中，磁力搅拌10h，形成均匀的透明混合溶液；

（2）钛箔的预处理：首先用800目的碳化硅砂纸抛光0.2mm的钛箔；使用去离子水对钛箔超声清洗10min，再使用丙酮和异丙醇体积比为1:1混合的丙酮与异丙醇混合溶液对钛箔超声清洗10min，最后使用无水乙醇洗涤3次，再在60℃下烘干5h，得到干净的钛箔；

（3）将步骤（1）的混合溶液转移到电沉积池中，将一对步骤（2）处理过的干净的钛箔作为电沉积的正负极，电沉积电位保持0.5V，电沉积池中混合溶液的温度保持为60℃，电沉积时间为24h，产物将在正极钛箔上产生，分别用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，再在60℃下干燥24小时，得到钛箔表面负载有Co

（4）将表面负载有Co

实施例3

一种四氧化三钴纳米线阵列负极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）在室温条件下，称取8mmol的六水合氯化钴、16mmol的尿素与4mmol的氟化铵溶解于100mL的去离子水中，磁力搅拌10h，形成均匀的透明混合溶液；

（2）钛箔的预处理：首先用800目的碳化硅砂纸抛光0.2mm的钛箔；使用去离子水对钛箔超声清洗10min，再使用丙酮和异丙醇体积比为1:1混合的丙酮与异丙醇混合溶液对钛箔超声清洗10min，最后使用无水乙醇洗涤3次，再在60℃下烘干5h，得到干净的钛箔；

（3）将步骤（1）的混合溶液转移到电沉积池中，将一对步骤（2）处理过的干净的钛箔作为电沉积的正负极，电沉积电位保持0.5V，电沉积池中混合溶液的温度保持为80℃，电沉积时间为20h，产物将在正极钛箔上产生，分别用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，再在60℃下干燥24小时，得到钛箔表面负载有Co

（4）将表面负载有Co

实施例4

一种四氧化三钴纳米线阵列负极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）在室温条件下，称取8mmol的四水合乙酸钴、8mmol的尿素与8mmol的氟化铵溶解于100mL的去离子水中，磁力搅拌10h，形成均匀的透明混合溶液；

（2）钛箔的预处理：首先用800目的碳化硅砂纸抛光0.2mm的钛箔；使用去离子水对钛箔超声清洗10min，再使用丙酮和异丙醇体积比为1:1混合的丙酮与异丙醇混合溶液对钛箔超声清洗10min，最后使用无水乙醇洗涤3次，再在60℃下烘干5h，得到干净的钛箔；

（3）将步骤（1）的混合溶液转移到电沉积池中，将一对步骤（2）处理过的干净的钛箔作为电沉积的正负极，电沉积电位保持0.5V，电沉积池中混合溶液的温度保持为70℃，电沉积时间为15h，产物将在正极钛箔上产生，分别用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，再在60℃下干燥24小时，得到钛箔表面负载有Co

（4）将表面负载有Co

实施例5

一种四氧化三钴纳米线阵列负极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）在室温条件下，称取8mmol的四水合乙酸钴、2mmol的尿素与4mmol的氟化铵溶解于100mL的去离子水中，磁力搅拌10h，形成均匀的透明混合溶液；

（2）钛箔的预处理：首先用800目的碳化硅砂纸抛光0.2mm的钛箔；使用去离子水对钛箔超声清洗10min，再使用丙酮和异丙醇体积比为1:1混合的丙酮与异丙醇混合溶液对钛箔超声清洗10min，最后使用无水乙醇洗涤3次，再在60℃下烘干5h，得到干净的钛箔；

（3）将步骤（1）的混合溶液转移到电沉积池中，将一对步骤（2）处理过的干净的钛箔作为电沉积的正负极，电沉积电位保持1.5V，电沉积池中混合溶液的温度保持为90℃，电沉积时间为3h，产物将在正极钛箔上产生，分别用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，再在60℃下干燥24小时，得到钛箔表面负载有Co

（4）将表面负载有Co

实施例6

一种四氧化三钴纳米线阵列负极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）在室温条件下，称取4mmol的六水合氯化钴、4mmol的四水合乙酸钴、32mmol的尿素与12mmol的氟化铵溶解于100mL的去离子水中，磁力搅拌10h，形成均匀的透明混合溶液；

（2）钛箔的预处理：首先用800目的碳化硅砂纸抛光0.2mm的钛箔；使用去离子水对钛箔超声清洗10min，再使用丙酮和异丙醇体积比为1:1混合的丙酮与异丙醇混合溶液对钛箔超声清洗10min，最后使用无水乙醇洗涤3次，再在60℃下烘干5h，得到干净的钛箔；

（3）将步骤（1）的混合溶液转移到电沉积池中，将一对步骤（2）处理过的干净的钛箔作为电沉积的正负极，电沉积电位保持2.0V，电沉积池中混合溶液的温度保持为90℃，电沉积时间为12h，产物将在正极钛箔上产生，分别用去离子水和无水乙醇各洗涤3次，再在60℃下干燥24小时，得到钛箔表面负载有Co

（4）将表面负载有Co

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。