一种用于电池正极材料的球状二氟化钴及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于电池正极材料的球状二氟化钴，它以氟化铵为氟源，以六水硝酸钴为钴源，以乙二醇为溶剂，采用水热法合成，是纳米小颗粒堆叠而成的粒径为100～500nm的球状CoF2，本发明专利技术还公开了其制备方法，按照摩尔比1:3～4:4～5取六水硝酸钴、氟化铵和尿素，然后搅拌溶解于乙二醇中，然后转入内衬为聚四氟乙烯的反应釜中，在温度120～200℃下反应2～40小时，离心、洗涤、收集沉淀，将沉淀烘干磨碎即为球状CoF2。本发明专利技术制备工艺简单、降低了成本，缩短了制备周期、提高效率，球状CoF2克服了充放电过程中锂离子脱出/嵌入的体积变化，作为正极材料的比电容量和循环寿命有很大提高。

【技术实现步骤摘要】
一种用于电池正极材料的球状二氟化钴及其制备方法
本专利技术的实施方式涉及锂电池能源领域，更具体地，本专利技术的实施方式涉及一种用于电池正极材料、特别是一种通过水热合成的球状CoF2及其制备方法。
技术介绍
近年来，锂离子电池作为一种新型的、可充放电的能源储存设备，在家用电器、笔记本电脑和手机等便携式电子设备上得到了广泛的应用。而在锂离子电池使用的电极材料中，负极材料经过广泛而深入的研究后发现，正极材料对于整个电池性能的提高也起到关键性作用，其中金属氟化物由于其较高的理论电容量而成为最新型、最有潜力的正极材料之一，受到各国研究者的亲睐。但是，这类材料由于其本身较大的能带隙和锂离子嵌入/脱出过程中形成的高绝缘物质LiF，导致其导电性极差，阻碍了其在电池正极材料领域中的应用。因此，为解决这些问题，研究者提出了很多改进材料的措施。据我们所知，设计一种三维结构的纳米级材料是一种最为有效解决上面问题的策略之一。主要源于这种三维结构具有接触面积大和离子、电子传导快，在电池充放电过程中提供缓冲区域避免较大的体积改变，从而减轻电极材料粉碎，最终达到提高电化学性能。到目前为止，关于负极材料的研究报道很多，主要也是通过电极材料的结构设计来提高锂离子储锂性能，如：纳米线/棒，纳米颗粒/晶体，纳米花状或更复杂的结构等。而对于正极材料的氟化钴，采用绿色简单的合成方法、设计一种独特的三维结构，提高其电化学性能，是目前最受关注的热点。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术的不足，提供一种用于电池正极材料的球状二氟化钴及其制备方法的实施方式，以期望可以获得一种电化学性能好的材料作为正极材料，同时获得一种简单的制备方法。为解决上述的技术问题，本专利技术的一种实施方式采用以下技术方案：一种用于电池正极材料的球状二氟化钴，它是以氟化铵为氟源，以六水硝酸钴为钴源，以乙二醇为溶剂，采用水热法合成的、以纳米小颗粒堆叠而成的粒径为100～500nm的球状CoF2。一种用于电池正极材料的球状二氟化钴的制备方法，它包括以下步骤：(1)按照摩尔比1:3～4:4～5取氟化铵、六水硝酸钴和尿素，然后搅拌溶解于乙二醇中，得到粉红色溶液；(2)将所述粉红色溶液转入内衬为聚四氟乙烯的反应釜中，在温度120～200℃下反应2～40小时，反应完成后，离心，洗涤，收集沉淀；(3)将所述沉淀烘干后磨碎，得到粉红色粉末状成品。优选的，所述氟化铵、六水硝酸钴和尿素的摩尔比为1:3:5。优选的，所述粉红色溶液在反应釜中的反应温度为200℃，反应时间为20小时。进一步的技术方案是：所述六水硝酸钴溶解于乙二醇后的浓度为3.0～6.0mg/mL。更进一步的技术方案是：所述洗涤的方法是依次用去离子水和无水乙醇洗涤分别洗涤3次。更进一步的技术方案是：所述干燥的方法是采用鼓风干燥箱烘干。更进一步的技术方案是：所述干燥的温度为50～80℃，干燥的时间为6～12小时。与现有技术相比，本专利技术的有益效果之一是：(1)制备工艺简单廉价，球状的CoF2正极材料的制备是通过一锅水热法合成而得到，降低了成本，同时也避免了繁琐的合成工艺，缩短了制备周期，效率高；使用无毒的绿色试剂氟化铵作为氟源合成，避免了使用强腐蚀性HF，降低了安全隐患；(2)制备的球状的CoF2正极材料的结构特点在于纳米小颗粒堆叠而成的100～500nm粒径的球体，克服了充放电过程中锂离子脱出/嵌入的体积变化；(3)通过这种简单的方法制备的球状的CoF2正极材料的比电容量和循环寿命有很大提高，我们采用同样的方法制备了不同温度范围下合成CoF2及不同时间条件下的CoF2，我们发现水热温度为200℃，水热时间为20h条件下合成的CoF2结构最稳定，在电流密度20mA·g-1下首次放电电容量为567.6mAh/g，循环30次后电容量仍能维持为131.2mAh/g；(4)一锅水热法合成的球状的CoF2正极材料，是一种非常有前景的锂电池材料。附图说明图1为本专利技术的球状CoF2的SEM图。图2为本专利技术的球状CoF2不同温度条件的XRD图。图3为本专利技术的球状CoF2的循环寿命图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1称取六水硝酸钴0.29g，氟化铵0.12g,和尿素0.3g，六水硝酸钴、氟化铵和尿素的摩尔比是1:3:5，搅拌混合于50mL乙二醇溶液中，六水硝酸钴溶于乙二醇后的浓度为5.8mg/mL，得到粉红色均一混合溶液；然后，将混合溶液转入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，于200℃下反应20h；反应完成后，离心，收集沉淀物质，分别采用无水乙醇与去离子水各洗涤3次，用鼓风干燥箱在50℃下干燥12小时，研磨，得到粉红色粉末样品。样品的SEM图如图1所示，说明该样品为球状CoF2，是由纳米小颗粒堆叠而成的，粒径为100～500nm。将上述获得的球状二氟化钴粉末、导电炭黑、粘接剂(PVDF)按照80：10：10的比例混合均匀，将浆料涂抹到Al箔上，70℃干燥，取出极片在对辊机上滚压，切成直径为8mm的圆片，放入真空箱中100℃干燥过夜，称重记下球状二氟化钴的质量，在水和氧含量小于1ppm下，组装成纽扣式电池，其中电解液为1MLiPF6(溶剂为DMC：EC＝1：1，体积比)。测其循环伏安曲线(CV)，电化学阻抗谱(EIS)以及充放电曲线等电化学性能。实施例2称取六水硝酸钴0.29g，氟化铵0.12g和尿素0.3g，六水硝酸钴、氟化铵和尿素的摩尔比是1:3:5，搅拌混合于100mL乙二醇溶液中，六水硝酸钴溶于乙二醇后的浓度为2.9mg/mL，得到粉红色均一混合溶液；然后，将混合溶液转入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，于180℃下反应20h；反应完成后，离心，收集沉淀物质，分别采用无水乙醇与去离子水洗涤3次，用鼓风干燥箱在80℃下干燥6小时，研磨，得到粉红色粉末样品。样品的SEM图与图1所示的结构类似，说明该样品为球状CoF2，是由纳米小颗粒堆叠而成的，粒径为100～500nm。将上述获得的球状二氟化钴粉末、导电炭黑、粘接剂(PVDF)按照80：10：10的比例混合均匀，将浆料涂抹到Al箔上，70℃干燥，取出极片在对辊机上滚压，切成直径为8mm的圆片，放入真空箱中100℃干燥过夜，称重记下球状二氟化钴的质量，在水和氧含量小于1ppm下，组装成纽扣式电池，其中电解液为1MLiPF6(溶剂为DMC：EC＝1：1，体积比)。测其循环伏安曲线(CV)，电化学阻抗谱(EIS)以及充放电曲线等电化学性能。实施例3称取六水硝酸钴0.29g，氟化铵0.12g和尿素0.3g，六水硝酸钴、氟化铵和尿素的摩尔比是1:3:5，搅拌混合于80mL乙二醇溶液中，六水硝酸钴溶于乙二醇后的浓度为3.6mg/mL，得到粉红色均一混合溶液；然后，将混合溶液转入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，于140℃下反应20h；反应完成后，离心，收集沉淀物质，分别采用无水乙醇与去离子水洗涤3次，用鼓风干燥箱在70℃下干燥7小时，研磨，得到粉红色粉末样品。将上述获得的球状二氟化钴粉末、导电炭黑、粘接剂(PVDF)按照80：10：10的比例混合均匀，将浆料涂抹到Al箔上，70℃干燥，取出极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电池正极材料的球状二氟化钴，其特征在于它是以氟化铵为氟源，以六水硝酸钴为钴源，以乙二醇为溶剂，采用水热法合成的、以纳米小颗粒堆叠而成的粒径为100～500nm的球状CoF2。

【技术特征摘要】
1.一种用于电池正极材料的球状二氟化钴的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：(1)按照摩尔比1:3～4:4～5取六水硝酸钴、氟化铵和尿素，然后搅拌溶解于乙二醇中，得到粉红色溶液；(2)将所述粉红色溶液转入内衬为聚四氟乙烯的反应釜中，在温度120～200℃下反应2～40小时，反应完成后，离心，洗涤，收集沉淀；(3)将所述沉淀烘干后磨碎，得到粉红色粉末状成品。2.根据权利要求1所述的用于电池正极材料的球状二氟化钴的制备方法，其特征在于所述六水硝酸钴、氟化铵和尿素的摩尔比为1:3:5。3.根据权利要求1所述的用于电池正极材料的球状二氟化钴的制备方法，其特征在于所述粉红色...

【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，官群，程建丽，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院化工材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51