[发明专利]一种CNTs-Co3

说明书

本发明涉及一种高比容量的CNTs‑Co₃O₄复合钠离子电池负极材料的制备方法，所述方法通过喷雾干燥技术制备了三维碳纳米管‑四氧化三钴复合钠离子电池负极材料。所述负极材料包括三维的碳纳米管微球，并且在微球表面以及内部散布有四氧化三钴颗粒存在，在作为钠离子电池负极材料时，可以更有效的提升电化学容量，增强其循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种高比容量的CNTs-Co₃O₄复合钠离子电池负极材料的制备方法，特别涉及一种通过喷雾干燥制备三维碳纳米管-四氧化三钴复合钠离子电池负极材料的方法，属于材料化学领域。

背景技术

在众多的能量存储设备中，锂离子电池因具有高能量密度和长循环寿命等优点，已迅速成为了便携式电子设备的重要电源。然而，对于大规模的能量存储，比如电动汽车和电网等相关应用，锂离子电池却面临着巨大挑战，主要原因是锂的储量非常有限(在地壳中仅占 0.002％)，致使锂离子电池价格昂贵，很大程度上制约着锂离子电池的大规模应用。因此，发展用于大规模储能的新型储能技术已成为迫切的需求。

钠与锂为同一主族元素，具有非常相似的电化学性质，钠离子电池也能实现可逆充放电过程，而且钠的储量非常高(在地壳中约占 2.74％)，因此，钠离子电池具有钠资源丰富和成本低廉的突出优势，被认为是今后在大规模储能领域可能替代锂离子电池的最佳候选。然而，与锂元素相比，钠元素的相对原子质量较高，导致其理论比容量偏低；同时Na⁺半径比Li⁺大(Na⁺半径：0.106nm，Li⁺半径：0.076nm)，使得Na+在电极材料中嵌入/脱嵌更难，造成电池的循环性能差，严重制约着钠离子电池的商业化应用。

目前，针对钠离子电池正极材料的研究已经取得了显著的进步，但对于负极材料的研究仍然有许多问题亟待解决。其中研究较多的包括石墨等。石墨虽然具有较高的储锂容量，但储钠能力很差，普遍认为是石墨的层间距(0.336nm)不适合Na离子的嵌入所致。因此，如何进一步提高碳材料作为钠离子电池负极的比容量、倍率性能和循环性能，成为限制碳材料作为钠离子电池负极材料大规模应用的关键问题。

发明内容

本发明为了克服钠离子电池放电比容量不高，循环稳定性差的缺陷，本发明设计通过喷雾干燥技术制备三维碳纳米管-四氧化三钴复合钠离子电池负极材料。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：

一种CNTs-Co₃O₄复合钠离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

取多壁碳纳米管分散液1-10mL，聚苯乙烯微球5-10g，醋酸钴 0.5-1g混合并溶于100-200mL乙醇的水溶液中(乙醇的体积浓度为 5％-10％)，之后超声30-60min得到混合均匀的溶液，在120-160℃条件下进行喷雾干燥，并收集干燥产物。将干燥产物置于管式炉中，在氩气气氛下升温至200-300℃，升温速率为1-5℃/min，保温1-2h，随后升温至400-600℃，保温1-2h，升温速率为1-5℃/min，保温完成后随炉冷却，即得碳纳米管-四氧化三钴复合钠离子电池负极材料。

进一步的，所述多壁碳纳米管分散液的浓度为10-100mg/mL。

进一步的，所述乙醇的水溶液中，乙醇的浓度为5％-10％。

进一步的，所述聚苯乙烯微球的粒径为30-100nm。

进一步的，管式炉中的反应全程均在氩气气氛下进行。

本发明的有益效果如下：