一种棒状四氧化三钴负极材料的制备方法，包括以下步骤：取钴源加入酒精中，搅拌，离心，取下部沉淀，干燥，烧结，即得到目标产物。本发明专利技术所制备的棒状四氧化三钴负极材料，其优点在于，形成的棒状前驱体形貌可控，可以均匀制备；此方法简易高效，只需要络合、烧结后就可以得到产物，不需要除杂，洗涤等操作，资源消耗少，可实现溶剂的循环使用，达到对资源的最大化利用，而且工艺简便，产率高，成本低，可以用于大规模生产。
Preparation of a rod-shaped cobalt tetroxide cathode material
【技术实现步骤摘要】
一种棒状四氧化三钴负极材料的制备方法
本专利技术涉及一种锂离子电池负极材料制备领域，具体涉及一种锂离子电池四氧化三钴负极材料的制备方法。
技术介绍
锂离子电池因其比能量高、平均输出电压高、适用范围广而受到重视，已逐渐替代传统镍氢电池、富镍电池、铅酸蓄电池，被广泛应用于如移动电话、数码相机、摄像机、数字处理机等电子产品。四氧化三钴作为电极材料、本身就具有较大的储锂性能，容量可达到890mAh/g。对于钴氧化物，其形貌的研究以前偏向于棒状球、棒状棒、棒状线和棒状管等，多采用灼烧或者热分解法制备，比如将金属钴直接在空气中经高温灼烧而制得。采用这些方法制备的钴氧化物，超细粉体活性差、纯度低、粒径大，其物理化学性能难以达到电子工业的电化学性能要求，且钴氧化物的合成一般需要较为繁琐的工艺步骤，不能可控的合成具有一定规整形貌的材料。CN102324503A公开了一种单模微波制备氧化钴纳米片和石墨烯复合锂电池负极材料的方法，是以硝酸钴、六甲基四胺、天然石墨粉为原料，再加入硝酸钴与六甲基四胺混合液中，利用硝酸钴与六甲基四胺在单模微波下反应生成氢氧化钴，在保护下300℃热解2h，然后将产物于马弗炉中300℃焙烧即得样品。此方法合成步骤较长，耗能大，不利于大规模生产，且合成的物相形貌并不均一，故不利于规模化应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种工艺流程简便，资源消耗小，可实现溶剂的循环使用，产物纯度高的棒状四氧化三钴负极材料的制备方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种棒状四氧化三钴负极材料的制备方法，包括如下步骤：取钴源加入酒精中，搅拌，离心，取下部沉淀，干燥，烧结，即得到目标产物。优选地，所述的钴源为有机钴源。优选地，所述有机钴源为乙酸钴。优选地，所述的钴源加入酒精的固液质量比为1:10~500（更优选1:20~300，进一步优选1:35~140）。若比例过高，则钴源形成产物较多，产物堆积，互相堆积抱团；若比例过低，则钴源浓度较低，产物虽然不堆积结块，但形成前驱体较少，导致产率较低。优选地，所述搅拌在密封条件下进行，防止水分进入，破坏前驱体。优选地，所述的密封搅拌的温度为10℃~80℃（更优选20℃~40℃），温度过高或过低都不利于形成均匀棒状形貌；搅拌的时间为0.1h~48h（更优选1h~40h，进一步优选3h~36h），搅拌时间过短，产物没有足够的时间沉淀，搅拌时间过长，会导致前驱体生长得过大。优选地，所述离心的转速为1000rad/min~7000rad/min（更优选4000rad/min~6000rad/min），离心时间为1min~10min。优选地，所述干燥的温度为50℃~100℃（更优选60℃~80℃），干燥的时间为0.5h~10h，（更优选1h~8h，进一步优选2h~5h）。优选地，所述烧结的温度为300℃~1000℃（更优选400℃~700℃），此温度下烧结可以得到结晶性良好的材料；烧结的气氛为氧气或空气；烧结的时间为3h~20h（更优选5h~10h），烧结时间过短，结晶性能不佳，烧结时间过长，不利于节约能源。优选地，所述的升温速率为0.1℃/min~2.5℃/min（更优选0.5℃/min~1.5℃/min），此升温速率既可以保证效率，也可以控制前驱体形貌不被破坏。本专利技术方法采用乙酸钴与酒精络合形成前驱体，再经过烧结去除其中有机杂质形成棒状的四氧化三钴材料。制备前驱体过程必需密封，隔绝水和空气。这是由于水会溶解前驱体，导致前驱体无法沉淀；空气中的氧会将产物氧化成灰褐色，导致产物粘结成块状，棒状形貌被破坏。本专利技术的有益效果：（1）本专利技术的棒状四氧化三钴负极材料的制备方法，仅需要将钴源溶解到酒精中，密封搅拌，再将得到的沉淀进行烧结，就可得到棒状的钴氧化物材料；工艺流程简便，过程无需除杂，产物纯度高，形貌可控；（2）本专利技术方法中作为反应溶剂的酒精可以多次循环利用，用于再次制备，可实现溶剂的循环使用，有利于资源的利用最大化；（3）本专利技术所得产物可以进一步作为基体扩展，可以和锂源混合用以制备钴酸锂正极材料；（4）本专利技术方法易规模化生产，可以用于大规模生产棒状四氧化三钴负极电池材料；（5）本专利技术的电化学性能首圈可达到895mAh/g，具有极高的容量，为高容量负极材料奠定基础。附图说明：图1为本专利技术实施例1所制备的棒状四氧化三钴负极材料的X射线衍射图；图2为本专利技术实施例1所制备的棒状四氧化三钴负极材料的放大1500倍SEM形貌图；图3为本专利技术实施例1所制备的棒状四氧化三钴负极材料的放大5000倍SEM形貌图；图4为本专利技术实施例1所制备的棒状四氧化三钴负极材料的放大15000倍SEM形貌图；图5为用本专利技术实施例1所得棒状四氧化三钴负极材料制备的电极组装而成的电池的循环性能图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。本专利技术的保护范围不仅局限于下列内容的表述。实施例1称取1.0000g乙酸钴溶解于45ml酒精，立刻密封，隔绝空气，搅拌3h，搅拌的温度为30℃，离心1min，离心的转速为4000rad/min，取沉淀，80℃下干燥5h，按照1.5℃/min升温速率，500℃下空气中烧结5h，即得到目标产物。图1为所得产物的X射线衍射图，由图可知，所得产物为纯相四氧化三钴，无其他杂质相生成。图2、图3、图4为所得负极材料的SEM形貌图，从图中可以看出，所得产品具有明显的棒状结构，短径为300~800nm,长径比为3~4。电池组装及电化学性能测试方法：按活性物质∶乙炔黑∶PVDF=8：1：1称取物料进行混合，混合均匀后，滴加适量n-甲基吡咯烷酮(NMP)制备带有一定粘度的浆料，将浆料均匀涂布在铝箔上，干燥，然后切成12mm的圆片作为集流体，在手套箱氩气保护下，将原型集流体放入2030型纽扣电池中，以金属锂作为负极片，Celgard型聚乙烯膜作为隔膜，以1mol/L的LiPF6溶解于碳酸乙酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)的混合物作为电解液(EC：DMC=1:1(v/v))，安装2032型纽扣电池，安装好的纽扣电池，电化学性能测试通过蓝电测试系统测试，在0.1C小倍率下活化三圈，再转到1C条件下进行充放电循环测试。图5为所得负极材料制备的电极所组装电池的循环性能图，如图所示：在0.1C的倍率下，首次充电比容量为653mAh/g，首次放电比容量为895mAh/g，首次效率为72%，0.1C活化后，经过1C倍率下循环至100圈后，1C充电比容量为382mAh/g，放电比容量为378mAh/g，库伦效率为98.9%，说明所组装的电池具有良好的电化学性能。实施例2称取2.0000g乙酸钴溶解于150ml酒精，加入带有封口的蓝口瓶中，密封搅拌12h，搅拌的温度为25℃，离心2min，离心的转速本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种棒状四氧化三钴负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：取钴源加入酒精中，搅拌，离心，取下部沉淀，干燥，烧结，即得到目标产物。/n
【技术特征摘要】
1.一种棒状四氧化三钴负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：取钴源加入酒精中，搅拌，离心，取下部沉淀，干燥，烧结，即得到目标产物。
2.根据权利要求1所述的一种棒状四氧化三钴负极材料的制备方法，其特征在于：所述钴源为有机钴源。
3.根据权利要求2所述的一种棒状四氧化三钴负极材料的制备方法，其特征在于：所述有机钴源为乙酸钴。
4.根据权利要求1~3之一所述的一种棒状四氧化三钴负极材料的制备方法，其特征在于：钴源和酒精的固液质量比为1:10~500，优选1:20~300。
5.根据权利要求1~4之一所述的一种棒状四氧化三钴负极材料的制备方法，其特征在于：所述搅拌的温度为10℃~80℃，优选20℃~40℃，搅拌的时间为0.1h~48h，优选1h~40h。
6.根据权利要求1~5之一所述的一种棒状四氧化三钴负极材料的...
【专利技术属性】
技术研发人员：张佳峰，张建永，黄灿灿，季冠军，李鹏飞，欧星，张宝，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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