本發(fā)明涉及鋰離子電池負(fù)極材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種泡沫鎳上生長碳包覆氧化鈷納米線陣列及其制備方法。

背景技術(shù)：

鋰離子電池因其具有較高的能量密度和電壓窗口，已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。如今，人們對儲能器件提出了新的要求，即，具有更高的能量密度和倍率性能。因此需探索其它鋰電負(fù)極材料，以滿足清潔能源科技的發(fā)展。

氧化鈷作為鋰電負(fù)極材料具有較高的比容量。人們進(jìn)行了大量的探索研究工作，曾制備過納米片狀、納米顆粒、納米球狀和花狀的氧化鈷負(fù)極材料。但是因?yàn)殇囯x子在嵌入脫出時(shí)，會引起劇烈的體積膨脹，導(dǎo)致循環(huán)穩(wěn)定性和比容量下降，性能均不能滿足要求。通常采用表面包覆氧化鋁層或者制備其它薄層的氧化鈷納米結(jié)構(gòu)。在泡沫鎳上原位包覆的例子尚未見報(bào)道，泡沫鎳上原位包覆，可以使氧化鈷和泡沫鎳集流體接觸更緊密，避免使用粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑等材料，有利于降低成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種泡沫鎳上生長碳包覆氧化鈷納米線陣列及其制備方法，所制備的一維碳包覆氧化鈷納米線具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和循環(huán)穩(wěn)定性，具有操作簡單、成本低廉、環(huán)保無污染的特點(diǎn)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

泡沫鎳上生長碳包覆氧化鈷納米線陣列的制備方法，步驟如下：

步驟一：將硝酸鈷、氨水、尿素、水及泡沫鎳在水熱條件下混合反應(yīng)，制備生長在泡沫鎳上的氫氧化鈷納米線；

步驟二：將泡沫鎳上的氫氧化鈷納米線與葡萄糖混合進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到包覆碳層的納米線；

步驟三：將包覆碳層的納米線在惰性氣氛下煅燒，得到泡沫鎳上生長的碳包覆氧化鈷納米線。

所述泡沫鎳生長碳包覆氧化鈷納米線陣列中納米線的長為2-5μm,直徑為10-20nm；在100mag^-1電流密度下陣列放電比容量為1000-1300mahg^-1。

所述步驟一硝酸鈷、氨水、尿素、水及泡沫鎳的質(zhì)量比為1:(0.5-2):(0.02-2)：(50-200):(40-100)，氨水質(zhì)量濃度為28％。

所述步驟一水熱溫度為100-150℃，反應(yīng)時(shí)間為6-12h。

所述步驟二氫氧化鈷納米線與葡萄糖的質(zhì)量比為10:(1-3)。

所述步驟二水熱溫度為100-160℃,反應(yīng)時(shí)間為2-10h。

所述惰性氣氛可替換為氮?dú)狻?/p>

所述步驟三煅燒溫度為300-600℃，時(shí)間為2-6h。

本發(fā)明的有益效果為：

首先利用氨基誘發(fā)分鈷水解生成氫氧化鈷，同時(shí)誘導(dǎo)其一維納米生長，接著包覆碳層，碳層高溫下保護(hù)納米線使其結(jié)構(gòu)不被破壞，氫氧化鈷高溫下分解生成氧化鈷納米線，制備了生長在泡沫鎳上的碳包覆氧化鈷納米線，它具有高比容量和良好的循環(huán)穩(wěn)定性，另外泡沫鎳直接作為集流體更有利于電子傳輸，產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于電池領(lǐng)域。

本發(fā)明的制備方法具有可重復(fù)性強(qiáng)，成本低，對環(huán)境無污染的特點(diǎn)。利用本方法制備的碳包覆氧化鈷納米線可以顯著提高其循環(huán)穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為實(shí)施例一～四中制備的泡沫鎳上生長的碳包覆氧化鈷納米線的xrd圖。其中，橫坐標(biāo)是角度；縱坐標(biāo)是相對強(qiáng)度。

圖2為實(shí)施例一～四中制備的泡沫鎳上生長的碳包覆氧化鈷納米線的sem圖。

圖3為實(shí)施例一～四中制備的泡沫鎳上生長的碳包覆氧化鈷納米線的xps圖。

圖4為實(shí)施例一中制備的泡沫鎳上生長的碳包覆氧化鈷納米線的充放電性能圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例一

取0.1g硝酸鈷、0.1g氨水、0.1g尿素、20g水和4g泡沫鎳為原料混合,氨水質(zhì)量濃度為28％，在水熱溫度120℃下反應(yīng)10h，制備生長在泡沫鎳上的氫氧化鈷納米線。以0.3g葡萄糖為碳源，將泡沫鎳上的氫氧化鈷納米線和葡萄糖混合進(jìn)行水熱反應(yīng)，水熱溫度為120℃,反應(yīng)時(shí)間為10h，給納米線上包覆碳層。將上述所得包覆碳層的納米線在氬氣氣氛中、300℃溫度條件下煅燒5h，使氫氧化鈷高溫分解為氧化鈷，同時(shí)氧化鈷包覆層碳化，得到泡沫鎳上生長的碳包覆氧化鈷納米線陣列。

圖4為實(shí)施例一中制備的生長在泡沫鎳上的碳包覆氧化鈷納米線的充放電曲線圖，由圖可知，在100mag^-1的電流密度下，碳包覆氧化鈷納米線的放電容量可以達(dá)到1000mahg^-1。

實(shí)施例二

取0.5g硝酸鈷、1g氨水、0.5g尿素、50g水和40g泡沫鎳為原料混合,氨水質(zhì)量濃度為28％，在水熱溫度100℃下反應(yīng)8h，制備生長在泡沫鎳上的氫氧化鈷納米線。以1g葡萄糖為碳源，將泡沫鎳上的氫氧化鈷納米線和葡萄糖混合進(jìn)行水熱反應(yīng)，水熱溫度為100℃,反應(yīng)時(shí)間為7h，給納米線上包覆碳層。將上述所得包覆碳層的納米線在氬氣氣氛中、400℃溫度條件下煅燒6h，使氫氧化鈷高溫分解為氧化鈷，同時(shí)氧化鈷包覆層碳化，得到泡沫鎳上生長的碳包覆氧化鈷納米線陣列。

實(shí)施例三

取1g硝酸鈷、0.5g氨水、0.5g尿素、200g水和50g泡沫鎳為原料混合,氨水質(zhì)量濃度為28％，在水熱溫度150℃下反應(yīng)6h，制備生長在泡沫鎳上的氫氧化鈷納米線。以2g葡萄糖為碳源，將泡沫鎳上的氫氧化鈷納米線和葡萄糖混合進(jìn)行水熱反應(yīng)，水熱溫度為140℃,反應(yīng)時(shí)間為4h，給納米線上包覆碳層。將上述所得包覆碳層的納米線在氬氣氣氛中、500℃溫度條件下煅燒3h，使氫氧化鈷高溫分解為氧化鈷，同時(shí)氧化鈷包覆層碳化，得到泡沫鎳上生長的碳包覆氧化鈷納米線陣列。

實(shí)施例四

取5g硝酸鈷、10g氨水、5g尿素、750g水和200g泡沫鎳為原料混合,氨水質(zhì)量濃度為28％，在水熱溫度140℃下反應(yīng)12h，制備生長在泡沫鎳上的氫氧化鈷納米線。以5g葡萄糖為碳源，將泡沫鎳上的氫氧化鈷納米線和葡萄糖混合進(jìn)行水熱反應(yīng)，水熱溫度為160℃,反應(yīng)時(shí)間為2h，給納米線上包覆碳層。將上述所得包覆碳層的納米線在氮?dú)鈿夥罩小?00℃溫度條件下煅燒2h，使氫氧化鈷高溫分解為氧化鈷，同時(shí)氧化鈷包覆層碳化，得到泡沫鎳上生長的碳包覆氧化鈷納米線陣列。

參見附圖，圖1為實(shí)施例一～四中制備的生長在泡沫鎳上的碳包覆氧化鈷納米線的xrd圖。從圖中看出，三角號標(biāo)識的金屬鎳和碳包覆的氧化鈷相同時(shí)出現(xiàn)。

圖2為實(shí)施例一～四中制備的生長在泡沫鎳上的碳包覆氧化鈷納米線的sem圖。由圖可看出，長度在4μm左右的納米線成陣列式排列。

圖3為實(shí)施例一～四中制備的生長在泡沫鎳上的碳包覆氧化鈷納米線的xps圖。由圖可知，納米線由鈷、氧和碳組成。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
泡沫鎳上生長碳包覆氧化鈷納米線陣列的制備方法，首先，將硝酸鈷、氨水、尿素、水及泡沫鎳在水熱條件下混合反應(yīng)，制備生長在泡沫鎳上的氫氧化鈷納米線，其次，將泡沫鎳上的氫氧化鈷納米線與葡萄糖混合進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到包覆碳層的納米線，最后，將包覆碳層的納米線在惰性氣氛下煅燒，得到泡沫鎳上生長的碳包覆氧化鈷納米線，所制備的一維碳包覆氧化鈷納米線具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和循環(huán)穩(wěn)定性，具有操作簡單、成本低廉、環(huán)保無污染的特點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：鄭鵬;曹金花;郭守武;劉毅;張利鋒;原曉艷;王曉飛;霍京浩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：陜西科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.17
技術(shù)公布日：2017.08.25