[发明专利]一种六棱柱状四氧化三钴前驱体及其制备方法、六棱柱状四氧化三钴及其应用

说明书

本申请提供了一种六棱柱状四氧化三钴前驱体及其制备方法、六棱柱状四氧化三钴及其应用，涉及电极材料领域，该六棱柱状四氧化三钴前驱体的制备方法包括将可溶性钴盐、塑性剂和沉淀剂置于水中溶解并进行水热反应，反应结束后固液分离，制得六棱柱状四氧化三钴前驱体；其中，可溶性钴盐、塑性剂和沉淀剂的摩尔比为(1‑5):(3‑7):(3‑9)。该制备方法简单，通过控制反应物的摩尔比，能够实现制备获得的氟化氢氧化钴为六棱柱状，将其作为前驱体经煅烧获得的六棱柱状四氧化三钴，其同现有的商品四氧化三钴相比，倍率性能和长循环性能获得明显的提升，具有更高的赝电容效应，并且显著增加了其反应动力学。其还可以被广泛用于锂离子电池中。

技术领域

本发明涉及电极材料领域，具体而言，涉及一种六棱柱状四氧化三钴前驱体及其制备方法、六棱柱状四氧化三钴及其应用。

背景技术

锂离子电池(LIBs)已被公认为是便携式电子产品和汽车中最重要的储能系统。随着对电化学储能器件小型化需求的不断增加，开发高能量密度LIBs已成为一项紧迫的任务。锂离子电池的性能在很大程度上取决于电极材料的固有特性。目前，传统碳质电极已经接近理论容量极限(372mAh/g)，发展空间有限。近十年来，过渡金属氧化物(TMOs)，如Fe₂O₃、Fe₃O₄、CoO、Co₃O₄、NiO、MnO₂等，因其理论比容量高、储量丰富、振实密度高而受到广泛关注。其中，Co₃O₄是最有前途的负极材料之一，理论比容量为890mAh/g，耐腐蚀性高，化学稳定性好。

然而，Co₃O₄的固有问题阻碍了其应用。一个是实质的体积变化导致在锂化/脱锂过程中电极的严重粉碎。另一方面，Co₃O₄具有固有的低电子传导性，导致较低的倍率性能。这些问题的存在直接导致Co₃O₄的可逆容量和循环寿命的恶化。提高Co₃O₄电极电化学性能的最直观和最常见的策略是制造纳米结构。基于这些，各种Co₃O₄纳米结构，如纳米球，纳米棒，纳米管，纳米线，纳米片，纳米立方体，成功合成。这些纳米结构已经被证明可以有效地缩短锂离子的扩散距离，并减轻锂化/脱锂过程中的严重体积变化。此外，由于它们的比表面积大，它还将提供更多的氧化还原活性位点并增加表面赝电容效应，这有助于提高Co₃O₄的倍率性能。然而，这些纳米材料也存在一些缺点，例如，在充电/放电过程中颗粒接触的损失，由于团聚效应导致的导电网络损坏。此外，Co₃O₄的纳米结构则直接导致电化学能量存储应用的体积能量密度方面的严重损失。

鉴于此，特提出本申请。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种六棱柱状四氧化三钴前驱体的制备方法，该制备方法通过一锅法制备获得特定的六棱柱状的四氧化三钴前驱体，制备方法简单，更经济。

本发明的目的还包括，例如，提供了一种六棱柱状四氧化三钴前驱体，将该六棱柱状四氧化三钴前驱体作为前驱体以制备四氧化三钴，能够获得特定六棱柱状的四氧化三钴。

本发明的目的还包括，例如，提供了一种六棱柱状四氧化三钴，其具有更高的赝电容效应，并且显著增加了其反应动力学。

本发明的目的还包括，例如，提供了一种六棱柱状四氧化三钴在制备锂离子电池中的应用。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明实施例提供一种六棱柱状四氧化三钴前驱体的制备方法，其包括：将可溶性钴盐、塑性剂和沉淀剂置于水中溶解并进行水热反应，反应结束后固液分离，制得六棱柱状四氧化三钴前驱体；