[发明专利]一种中空球型CuO/Co3

说明书

本发明公开了一种中空球型CuO/Cosubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;复合材料及其制备方法，属于锂离子电池电极材料的制备与应用领域。本发明以硝酸铜(II)半(五水合物)作为铜源，六水合硝酸钴作为钴源，以异丙醇作为溶剂，甘油作为络合剂，通过溶剂热反应即可得到球形规整的中空铜钴甘油前驱体，而后通过空气下退火处理得到了中空球型CuO/Cosubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;复合材料。该发明提出了一种直接制备中空结构的纳米球体前驱体的方法，其尺寸、形貌可控，方法简单。以所得中空球形结构CuO/Cosubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;作为锂离子电池负极材料，表现出了优异的循环稳定性和较高的储锂比容量。本发明方法制备简便，结构可控，所制备材料性能优异。

技术领域

本发明属于锂离子电池电极材料的制备与应用领域，特别涉及一种中空球型铜钴复合氧化物(CuO/Co₃O₄)负极材料的制备方法。

背景技术

能源和环境是人类社会可持续发展的重要主题，而随着人类社会的不断发展，全球对能源的需求量日益增大，这使得人们过度开采化石能源，煤炭、石油、天然气等不可再生能源，其持续消耗使得环境污染、能源枯竭等问题日益突出。在环境恶化和能源危机的双重胁迫下，大力发展清洁可再生的新型能源已经成为了全球共识，但是新能源具有时间和地域上的不确定性，能量的不稳定性，限制其进一步发展。而电化学储能技术能有效解决这一难题，二次电池作为电化学储能的关键器件受到了世界各国的广泛关注。与铅酸电池等传统电池相比，锂离子电池摒弃了对环境有害的重金属元素，采用了对环境无污染，自然界存储量高的锂金属元素。同时和镍镉、镍氢电池相比，锂离子电池具有高能量密度，无记忆效应，高电压等优点，是一种极具应用价值与前景的二次电池。

然而，自1991年日本Sony公司将锂离子电池商业化以来，目前大多数商用锂离子电池负极采用导电性较高的石墨，但是石墨的理论容量仅有372mAh/g。尽管随着研究人员的不断研究探索使得石墨的实际容量无比接近理论容量，但依旧极大的限制了锂离子电池在高能量密度如电动汽车、智能电网等领域的应用。为了满足不断增长的需求，我们亟需开发新一代的锂离子电池，也就必须要解决低容量的问题，因此，寻找新型高容量负极材料也就成为了亟待探索的研究方向。

随着研究的进行，过渡金属氧化物以其理论比容量高、储量丰富、环境友好、成本低廉等优点，成为下一代高能密度锂离子电池负极材料的研究热点，其中Co₃O₄(890mAh/g)和CuO(674mAh/g)因其理论容量高、制备简单、应用广泛而受到广泛关注。尽管上述材料理论容量很高，但其自身导电性差和充放电过程中体积膨胀变化大等缺点导致其材料易粉化，从而循环稳定性差，容量容易快速衰减。

为了解决上述存在的问题，提升负极材料电化学性能，研究人员探索了相应的改性方法，如纳米结构的构建和异质结构的合成等。通过构建合理的纳米结构，如纳米纤维、纳米球、纳米花等，可以缩短锂离子的扩散路径，与电解质充分接触，促进电子/锂离子的快速传输，这些改进都有利于电极容量的提升。同时异质结构的形成，这一将不同的活性金属氧化物结合到单个电极中，可以增强表面反应动力学，促进电荷传输，逐步进行电化学反应，有效缓解电极体积膨胀的问题，从而有效提高电极的循环稳定性。结合以上策略，本发明开发了一种具有异质结构的中空球型CuO/Co₃O₄负极材料。中空球型结构能够与电解液充分接触，有效缩短锂离子扩散路径，同时异质结构的形成能够有效缓解体积膨胀问题，增强表面反应动力学，在以上协同作用下，所制备的CuO/Co₃O₄复合材料作为锂离子电池电极材料时表现出了较高的比容量和优异的循环稳定性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种简单、高效的合成方法，一步实现制备了具有中空结构的形貌规整的铜钴金属复合氧化物。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：