高度有序的中空NiCo2O4电极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高度有序的中空NiCo2O4电极材料的制备方法。其步骤为：将合成的介孔二氧化硅材料，Co(NO3)2·6H2O Ni(NO3)2·6H2O与乙醇为原料，通过焙烧得到杂合材料，最后通过氢氧化钠(NaOH)刻蚀二氧化硅材料，得到高度有序的中空NiCo2O4纳米微球。本发明专利技术合成步骤简单，操作方便，这种中空NiCo2O4材料具有较大的比表面积，有利于电解液体的渗透和转移；同时，其球形结构有利于电解质在材料内部结构流通。

Preparation of Highly Ordered Hollow NiCo2O4 Electrode Materials

【技术实现步骤摘要】
高度有序的中空NiCo2O4电极材料的制备方法
本专利技术涉及一种高度有序的中空NiCo2O4电极材料的制备方法，属于新能源储存领域。
技术介绍
人类发展最主要的能源结构包括煤、石油、天然气等不可再生的化石燃料，然而，化石燃料的肆意燃烧不仅会造成环境污染、气候变化，还会带来资源短缺、能源争夺战等一系列问题，不利于人类的可持续发展。因此，发展清洁高效的能量储存技术迫在眉睫。尽管各种可再生的能源已经被开发利用，例如风能、太阳能、潮汐能等，但由于环境与天气有很大的拨动与不可靠性，这些能源很少被广泛的应用。近年来，锂离子电池被认为是最重要的能量储存与转化技术之一，它具有高能量密度、长期循环稳定性、低记忆效应和强大的适应能力等本质的优点，可用于便捷式电子设备、固定能量储存系统和快速发展的电动车辆等领域。但是迟缓的脱嵌钠反应动力学和较大的钠离子在充放电过程中都会很大程度引起材料形变膨胀，导致颗粒团聚、电极结构坍塌或者粉化，极大限制了NiCo2O4的应用(AlcántaraR,JarabaM,LavelaP,etal.NiCo2O4spinel:Firstreportonatransitionmetaloxideforthenegativeelectrodeofsodium-ionbatteries[J].ChemistryofMaterials,2002,14(7):2847-2848.ZhangX,ZhouY,LuoB,etal.Microwave-assistedsynthesisofNiCo2O4double-shelledhollowspheresforhigh-performancesodiumionbatteries[J].Nano-microletters,2018,10(1):13.)。在此选用设计合成的高度有序的中空NiCo2O4，具有合成步骤简单，操作方便，安全性好等优点。目前，虽然制备NiCo2O4的方法有很多，包括化学共沉淀法、静电纺丝法、水热法和微乳液法等，但是这些方法拥有各自的优缺点，如热法因为其在密封条件下进行反应，无法直接的观察晶体的生长过程，其次，水热反应需要高温高压的反应条件，使其对设备的依赖性比较强。而刻蚀煅烧合成高度有序的中空NiCo2O4，操作简单，重复性高，无疑是一种高效的制备纳米中空NiCo2O4的方法。
技术实现思路
本专利技术提出了一种高度有序的中空NiCo2O4电极材料的制备方法，合成步骤简单，操作方便。为解决上述技术问题，本专利技术使用的技术方案是：一种高度有序的中空NiCo2O4电极材料的制备方法，其步骤包括：A、将P123(聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物)用水溶解配制成溶液，并加入TEOS(正硅酸乙酯)搅拌均匀，洗涤后干燥，然后煅烧成固体纳米二氧化硅微球；B、步骤A制得的二氧化硅微球溶解在乙醇当中，然后加入Ni(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·6H2O，煅烧得到NiCo2O4-二氧化硅纳米材料；C、将步骤B中获得NiCo2O4-二氧化硅纳米材料与NaOH溶液搅拌反应，离心得到沉淀，去离子水洗涤，得到高度有序的中空NiCo2O4纳米微球。优选的，所述步骤A中P123与TEOS的质量比为1～4:3，P123与水的比例为10～40g:100mL。优选的，所述步骤B中质量比二氧化硅微球：Ni(NO3)2·6H2O：Co(NO3)2·6H2O＝1～2:0.1～0.2:0.2～0.4。优选的，所述步骤C中NaOH溶液浓度为1mol/mL，添加量为每10～20mLNaOH溶液中加入20mg～80mgNiCo2O4-二氧化硅纳米材料。优选的，步骤A中煅烧温度为400～600℃，煅烧时间为6h。优选的，所述步骤B中煅烧温度为400～600℃，煅烧时间为4h。优选的，所述步骤C中搅拌反应时间为6h～24h。本专利技术合成步骤简单，操作方便，制得的中空NiCo2O4材料具有较大的比表面积，有利于电解液体的渗透和转移；同时，其球形结构有利于电解质在材料内部结构流通。本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术的工艺操作简单，尺寸均匀且可重复性高，能满足实验室和工业需求。2、本专利技术制备的高度有序的中空NiCo2O4具备稳定性好、分散均匀的优点。3、本专利技术制备的高度有序的中空NiCo2O4可用于能源储存领域的电极材料方面。附图说明图1为实施例1所制备的高度有序的中空NiCo2O4的XRD衍射图谱。图2为实施例1所制备的高度有序的中空NiCo2O4的场发射扫描电镜照片。图3为实施例1所制备的高度有序的中空NiCo2O4的透射电镜照片。图4为实施例1所制备的高度有序的中空NiCo2O4的电化学测试结果：(a)循环伏安曲线，(b)不同次数(1,2,10100)下的流密度下的恒流充/放电曲线,(c)在电流密度为100mA.g-1时，高度有序的中空NiCo2O4和NiCo2O4经过100次循环质量比电容的变化图，(d)高度有序的中空NiCo2O4和NiCo2O4电极在不同电流密度下的倍率性能,(e)阵列电极交流阻抗图谱,(f)循环前后实轴z'相对于角速度ω-0.5的函数关系。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。实施例1：称取6.0g的P123，用30mL的水溶解配制成溶液，将12.0g的TEOS加入上述溶液中，在30℃下加拌均匀。洗涤后干燥，然后在400℃的马弗炉中煅烧6h，成固体纳米二氧化硅微球。将2.0g二氧化硅微球溶解在4mL乙醇当中，然后向其中加入0.2gNi(NO3)2·6H2O和0.4gCo(NO3)2·6H2O,然后在450℃的马弗炉中煅烧4h，得到NiCo2O4-二氧化硅纳米材料；将获得NiCo2O4-二氧化硅纳米材料取40mg与20mL1mol/mLNaOH室温搅拌反应12h，离心得到沉淀，去离子水洗涤6次，得到高度有序的中空NiCo2O4纳米微球。实施例1中高度有序的中空NiCo2O4电极材料的表征分析。如图1所示，从图中可以看出，衍射峰分别对应晶面(440),(422),(400),(311)，(220)和(111)与NiCo2O4的标准卡片PDF(JCPDS20-0781)是一致的。如图2所示，从图中可以看出，NiCo2O4纳米微球具有均匀地介孔结构分散在表面。如图3所示，从图中可以看出，NiCo2O4纳米微球表面的孔径约时5nm。如图4所示，为制备的高度有序的中空NiCo2O4电极材料的电化学性能测试结果。图4(a)NiCo2O4微球电极前三次的循环伏安曲线(CV)，扫描速率和电压区间分别为0.1mV/s和0.01-3.0V。电极在首次阴极扫描过程中，在0.7V处出现一个明显的还原峰，对应着Ni2+被还原生成金属Ni，Co2+被还原生成金属Co，同时伴随无定型Li2O的生成，此外，在0.5V处出现较小的还原峰，此峰对应着电解质的分解生成固态电解质界面(SEI)膜。电池在首次阳极扫描过程中，在1.6V和2.25V的电位出现两个明显的氧化峰。它们依次对应着还原态的Ni被氧化成Ni2+及Co被氧化成Co2+。图4(b)电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高度有序的中空NiCo2O4电极材料的制备方法，其步骤包括：A、将P123用水溶解配制成溶液，并加入TEOS搅拌均匀，洗涤后干燥，然后煅烧成固体纳米二氧化硅微球；B、步骤A制得的二氧化硅微球溶解在乙醇当中，然后加入Ni(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·6H2O，煅烧得到NiCo2O4‑二氧化硅纳米材料；C、将步骤B中获得NiCo2O4‑二氧化硅纳米材料与NaOH溶液搅拌反应，离心得到沉淀，去离子水洗涤，得到高度有序的中空NiCo2O4纳米微球。

【技术特征摘要】
1.一种高度有序的中空NiCo2O4电极材料的制备方法，其步骤包括：A、将P123用水溶解配制成溶液，并加入TEOS搅拌均匀，洗涤后干燥，然后煅烧成固体纳米二氧化硅微球；B、步骤A制得的二氧化硅微球溶解在乙醇当中，然后加入Ni(NO3)2·6H2O和Co(NO3)2·6H2O，煅烧得到NiCo2O4-二氧化硅纳米材料；C、将步骤B中获得NiCo2O4-二氧化硅纳米材料与NaOH溶液搅拌反应，离心得到沉淀，去离子水洗涤，得到高度有序的中空NiCo2O4纳米微球。2.根据权利要求1所述的高度有序的中空NiCo2O4电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤A中P123与TEOS的质量比为1～4:3，P123与水的比例为10～40g:100mL。3.根据权利要求1或2所述的高度有序的中空NiCo2O4电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴光瑜，邢伟男，韩建刚，朱咏莉，李萍萍，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32