[发明专利]一种N掺杂多孔碳双壳微球结构包覆Co3

说明书

本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，公开了一种N掺杂多孔碳双壳微球结构包覆Co₃O₄材料及其制备方法与应用。所述方法包括：(1)将钴盐与表面活性剂加入第一溶剂中溶解；(2)将所述混合溶液雾化后导进高温炉进行热解，得到前驱体粉末；(3)将所述前驱体粉末超声分散于第二溶剂中混合，并加入二甲基咪唑进行超声处理，然后搅拌进行反应；待反应结束后，分别用水和乙醇离心洗样，并将得到的样品于真空干燥箱中烘干；(4)将产物在保护气下进行煅烧，得到N掺杂多孔碳双壳微球结构包覆Co₃O₄材料。该材料双壳之间同步形成的预留空间提供了更多的储锂位点；双壳之间构建的多连续活性通道，提高了电极的导电性与稳定性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，具体涉及一种N掺杂多孔碳双壳微球结构包覆Co₃O₄材料及其制备方法与应用。

背景技术

锂离子电池由于可以提供更高的质量和体积能量密度作为利用最广泛的电化学储能设备之一，已经广泛应用于便携式电子产品、电动汽车等领域。然而，由于传统石墨阳极的理论容量相对较低，目前已经达到了商用锂离子电池的性能极限。因此过渡金属氧化物(如MnO、MnO₂、Fe₂O₃、Fe₃O₄、 CoO、Co₃O₄、NiO、CuO等)均由于较高的理论容量为开发能够提供更高能量密度和更长循环寿命的阳极材料提供了更佳的选择。特别是Co₃O₄，由于其优异的物理和电化学性能，能够满足高性能锂离子电池的要求，因而引起科研人员热捧。不幸的是，固有电导率缺陷以及锂离子嵌入/脱出过程中诱发的体积崩塌，导致电极粉化与团聚引起循环容量的快速下降。为了解决这个问题，人们采用了多种方法，其中主要分为两种基本策略:一是结构调控，通过各种手段制备多级分层结构，以此来改善储锂容量。这些特殊结构的构筑不仅增加了额外的储锂性位点和促进新的储锂机制反应的发生，而且加快了锂离子的扩散速率与缓解体积膨胀，从而表现出作为阳极材料的独特性能。但结构的调控对提高电子电导率作用十分有限，因此组分的优化同样发挥了重要作用。通过使用高导电材料(碳纳米管、纳米纤维、石墨烯等)与Co₃O₄制备复合材料，来缩短Li⁺扩散路径加快反应动力学速率，改善了整体复合材料的电子电导率。但不可避免的是，与纯过渡金属氧化物(TMOs)相比，含量高的导电材料的比容量总是较低。因此，着眼于结构调控与组分优化二者的结合来开展工作可以获得意想不到的收获。

基于此，本发明提供了一种具备额外空间和多连续活性通道的N掺杂多孔碳双壳微球结构包覆Co₃O₄电极材料，这种材料还未见报导。

发明内容

为了克服现有技术存在的问题，本发明提供了一种N掺杂多孔碳双壳微球结构包覆Co₃O₄材料及其制备方法与应用，拓展了复合型过渡金属氧化物材料在构造有效的预留空间和界面之间连续Li+通道的策略，同时该设计深入把握复合材料的尺寸效应与有效通道位点的动态平衡。该方法设计思路新颖极具前瞻性，且操作简单，产量大，成本低，并且能极大地提高锂离子电池应用性能。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种N掺杂多孔碳双壳微球结构包覆Co₃O₄材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将钴盐与表面活性剂加入第一溶剂中溶解，得到混合溶液；

(2)将所述混合溶液雾化后导进高温炉进行热解，得到前驱体粉末；

(3)将所述前驱体粉末超声分散于第二溶剂中混合，并加入二甲基咪唑进行超声处理，然后搅拌进行反应；待反应结束后，分别用水和乙醇离心洗样，并将得到的样品于真空干燥箱中烘干；