一种碳包覆Co、Ni复合氧化物纳米颗粒的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳包覆Co、Ni复合氧化物纳米颗粒的制备方法，在本发明专利技术中以乙酸钴·四水合物、乙酸镍·四水合物为主要原料，加入适量的高分子PVP为粘结剂，利用静电纺丝技术在高压条件下制备静电纺丝产品，然后在马弗炉中程序控温烧结，得到了一种碳包覆Co、Ni复合氧化物纳米颗粒，该纳米颗粒作为锂离子电池的负极材料，具有良好的电化学性能；该纳米颗粒作为催化剂，具有良好的催化性能。在整个制备过程中，操作简单，成本低廉，设备投资少，符合绿色环保发展理念科学发展观和可持续发展要求，适合批量生产。

A preparation method of carbon coated CO and Ni composite oxide nanoparticles

【技术实现步骤摘要】
一种碳包覆Co、Ni复合氧化物纳米颗粒的制备方法
本专利技术属于材料化学领域，具体涉及到一种碳包覆Co、Ni复合氧化物纳米颗粒的制备方法。
技术介绍
人类社会经过几十年的迅猛发展，能源短缺和环境污染已成为当今世界的两大主要问题，世界各国开始意识到问题严重性和紧迫性，把解决这两大问题提上了议事议程，目前解决这些问题的主要方法是加大对清洁可再生能源的开发和利用，用可再生的清洁能源代替化石燃料的使用，减少对化石燃料的依赖，清洁可再生能源包括太阳能、风能、地热能、潮汐能、核能等，它们的优点是取之不尽用之不竭且对环境无污染，缺点是容易受到季节性、地域性、不稳定性等不可控环境因素的影响，极大的限制了它们的普及和应用，因此研究可靠稳定的能源储存转化装置成为了关键技术之一。在能源储存与转化装置中，二次锂离子电池在能量储存和释放过程中表现优秀，因此受到了科研工作者们的广泛关注。1979年锂电池的鼻祖Dr.Goodenough发现了将钴酸锂作为电池的正极，将除锂之外的金属材料作为负极，能够实现高密度的能量储存，接着1980年，Dr.Goodenough专利技术了钴氧化物正极，现在全世界的便携电子设备都采用这种正极，Dr.Goodenough也由此获得了2019年诺贝尔化学奖。锂离子电池作为一种新型的、环境友好的可再生储能装置已被广泛用作各种用电设备的电源，小至手机、笔记本电脑等各种便携式电子设备，大至电动汽车、轻轨云轨等交通工具，锂离子电池无时无刻都在影响人们的生活，为人类生活提供了巨大的便利。在二次锂离子电池充放电循环过程中，高效的电极材料至关重要，纳米结构的电极材料中可以缩短离子迁移路径，提高离子的迁移速率，较大的比表面积可以增大活性位点来提高材料的电化学反应活性。纳米材料由于其具有定向的电子、离子传导方向，短的径向离子传输路径，强的应力承受能力，大的电化学活性表面积等优势而成为十分有前景的电极材料，纳米材料合成方法主要包括水热法、静电纺丝法、化学气相沉积法等方法，每种方法都各有优点和缺点，其中，静电纺丝法由于其操作简单、方法可控、可批量生产的优点而被认为是制备纳米材料的有效方法，目前，静电纺丝技术不仅广泛应用于实验室连续制备纳米纤维，而且实现了产业化，应用越来越广泛。静电纺丝技术利用静电场力由于操作简单、方法可控而被用于制备各种无机含碳纳米材料，如碳材料、金属氧化物、磷化物、硫化物等，得到的复合材料具有良好的导电性和快速的电子离子传输路径，因此被广泛用于二次电池电极材料，HuangZM等人(CompositesScienceandTechnology,2003,63:2223-2253)综述了静电纺丝技术制备聚合物纳米纤维及其应用，静电纺丝装置主要包括三个部分：喷丝头、高压电源和收集装置；；在静电纺丝过程中，当在喷丝头与接收板之间施加高压时，从针头喷射出来的溶液同时受到静电场力和溶液表面张力，当液滴受到的静电场力和表面张力平衡时，在针头处会形成三角锥型泰勒锥，当电压增大，使液滴静电场力大于表面张力时，液滴会被拉伸成纤维并继续在静电场力的作用下喷在接收板上；影响静电纺丝纤维形貌的因素，主要有以下几个方面：(1)系统参数，如聚合物的分子量和纯度，前驱体溶液的电导率、黏度、介电常数等；(2)操作参数，如针头的规格、电压、推进速率、喷丝头与收集器之间的距离；(3)环境参数，如湿度、温度等；此外，纺丝纤维退火过程中的参数，如煅烧温度、煅烧氛围、升温速率等对纳米纤维材料的结构、形貌、和性能都有比较大的影响。DanLi等人(AdvanceMaterials,2004,16:1151-1170)研究表明，随着喷头和接收器之间施加电压和接收距离的增大，纺丝纤维直径减小，而随着流体推进速率和高分子溶液浓度的提高，纺丝纤维直径增大。目前，市场上常用的锂离子电池负极材料主要是碳材料，包括天然石墨、合成石墨、碳纤维、中间相小球碳素等；碳的理论比容量为372mAhg-1，碳材料因其价格低廉、资源丰富等优点被广泛用作商业化锂离子电池的负极材料，但石墨负极电池在循环过程中会发生结构破坏，容易生成SEI膜，还会因锂析出造成不可逆容量损失，难以满足电极材料高倍率、长寿命的要求。Kazunori等人(MaterialsTransactions,JIM,2000,41,1621-1625)报道了Co0.5Ni0.5O的化学活性，由此为思路，本专利技术采用静电纺丝技术制备得到碳包覆双金属氧化物Co0.5Ni0.5O复合氧化物纳米颗粒材料，缓解了双金属氧化物充放电过程中的体积膨胀效应、以及碳材料的理论比容量低和易形成SEI膜等缺点，通过电化学性能测试，该复合纳米颗粒结合了两种材料的优势，使材料电化学性能得到有效提高，且具有较高的循环比容量，结构稳定，可逆性能良好。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术，提供一种碳包覆Co、Ni复合氧化物纳米颗粒的制备方法。本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种碳包覆Co、Ni复合氧化物纳米颗粒的制备方法，所述制备方法以乙酸钴·四水合物、乙酸镍·四水合物为主要原料，加入适量的高分子为粘合剂，磁力搅拌一段后得到澄清透明纺丝前驱液，利用静电纺丝技术，在高电压条件下，制备静电纺丝产品，随后在马弗炉450～600℃空气条件下进行烧结，得到一种碳包覆Co、Ni复合氧化物纳米颗粒，具体包括以下步骤：(1)称取适量的乙酸钴·四水合物和乙酸镍·四水合物，溶于适量的体积比为1:1的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和无水乙醇混合物溶剂中，搅拌30min后，加入适量PVP(K-13，聚乙烯吡咯烷酮)，继续搅拌2h，用冰醋酸调节混合溶液的pH值为4.5～6.5，得到澄清透明的纺丝前驱混合溶液；(2)将上述澄清透明的纺丝前驱混合溶液注入10mL注射器中，在电压为16～19kV，针头与接收器的距离为15～20cm，推进流率为1.2mLh-1，温度为35℃，湿度为30％条件下进行静电纺丝，得到静电纺丝产品；(3)将上述静电纺丝产品置于马弗炉的坩埚中，在空气氛围下，用180min升温到200～300℃并烧结3h，随后在N2氛围下用120min升温到500～600℃并烧结2h，然后自然降温至室温，得到一种碳包覆Co、Ni复合氧化物纳米颗粒；述PVP为K-13型聚乙烯吡咯烷酮；所述DMF为N,N-二甲基甲酰胺；所述混合溶液中Co(II)和Ni(II)离子物质量的比为1:1；所述混合溶液中Co(II)离子的浓度为0.1mmol/mL；所述混合溶液中Ni(II)离子的浓度为0.1mmol/mL；所述混合溶液中PVP的浓度为1.5g/mL；所述碳包覆Co、Ni复合氧化物纳米颗粒中碳的质量百分含量为3～10％；所述碳包覆Co、Ni复合氧化物纳米颗粒的化学简式为Co0.5Ni0.5O@C。将上述碳包覆Co、Ni复合氧化物纳米颗粒作为锂离子电池负极材料，在电流密度为100mAg-1情况下，首次放电比容量625mAhg-1，循环140圈后，比容量仍能保持在167mAhg-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳包覆Co、Ni复合氧化物纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤：/n(1)称取适量的乙酸钴·四水合物和乙酸镍·四水合物，溶于适量的体积比为1:1的N,N-二甲基甲酰胺和无水乙醇混合物溶剂中，搅拌30min后，加入适量PVP，继续搅拌2h，用冰醋酸调节混合溶液的pH值为4.5～6.5，得到澄清透明的纺丝前驱混合溶液；/n(2)将上述澄清透明的纺丝前驱混合溶液注入10mL注射器中，在电压为16～19kV，针头与接收器的距离为15～20cm，推进流率为1.2mL h

【技术特征摘要】
1.一种碳包覆Co、Ni复合氧化物纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤：
(1)称取适量的乙酸钴·四水合物和乙酸镍·四水合物，溶于适量的体积比为1:1的N,N-二甲基甲酰胺和无水乙醇混合物溶剂中，搅拌30min后，加入适量PVP，继续搅拌2h，用冰醋酸调节混合溶液的pH值为4.5～6.5，得到澄清透明的纺丝前驱混合溶液；
(2)将上述澄清透明的纺丝前驱混合溶液注入10mL注射器中，在电压为16～19kV，针头与接收器的距离为15～20cm，推进流率为1.2mLh-1，温度为35℃，湿度为30％条件下进行静电纺丝，得到静电纺丝产品；
(3)将上述静电纺丝产品置于马弗炉的坩埚中，在空气氛围下，用180min升温到200～300℃并烧结3h，随后在N2氛围下用120min升温到500～600℃并烧结2h，然后自然降温至室温，得到一种碳包覆Co、Ni复合氧化物纳米颗粒；
所述PVP为K-13型聚乙烯吡咯烷酮；
所述混合溶液中Co(II)和Ni...

【专利技术属性】
技术研发人员：李星，刘语舟，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33