【技术实现步骤摘要】
本申请实施例属于锂离子电池负极材料，尤其涉及一种过渡金属掺杂的钴酸铜纳米材料及其制备方法、负极片和电池。
技术介绍
1、锂离子电池因其成本低、寿命长、环境友好等优点，在电源和储能系统中得到了广泛的应用。锂离子电池的容量和倍率性能主要取决于阳极和阴极材料的电化学性能。然而，商用石墨阳极材料受到372mahg-1的低理论容量，较差的倍率能力和潜在的安全问题的限制。因此，二元和三元尖晶石tmos，特别是含钴的尖晶石tmos，由于具有较高的理论容量以及最佳的成分和形态，是替代石墨阳极的有前景的材料。由于钴的高成本和毒性，人们非常希望用相对便宜和环保的金属部分取代钴，并探索其锂的可回收性。由于cu通过转换反应在锂离子电池阳极中具有电化学活性，cuco2o4已被应用于锂离子电池，并表现出令人印象深刻的874mah g-1的高理论容量和导电性。然而，纯cuco2o4在锂化/去锂化过程中会发生严重的体积膨胀、聚集和晶体结构的粉碎，同时也存在较低的本征电子电导率和低的锂离子迁移动力。
技术实现思路
1、有鉴于此，本申请实施例提供一种过渡金属掺杂的钴酸铜纳米材料及其制备方法、负极片和电池，以解决现有技术中钴酸铜存在较低的本征电子电导率和低的锂离子迁移动力的技术问题。
2、本申请实施例第一方面提供一种过渡金属掺杂的钴酸铜纳米材料，所述过渡金属掺杂的钴酸铜纳米材料的化学分子式为：cu1-xmxco2o4，其中m代表过渡金属，x的取值范围为0＜x≤0.075。
3、在可以包括上述实施
4、本申请实施例第二方面还提供一种过渡金属掺杂的钴酸铜纳米材料的制备方法，包括如下步骤：
5、步骤一、按照所述的过渡金属掺杂的钴酸铜纳米材料的化学分子式的化学计量比称取铜源、钴源、过渡金属源和沉淀剂，溶解于适量有机溶剂中，搅拌均匀，得到混合溶液；
6、步骤二、将所述混合溶液进行溶剂热反应，得到中间体物质；
7、步骤三、将所述中间体物质进行煅烧，得到过渡金属掺杂的钴酸铜纳米材料。
8、在可以包括上述实施例的一些实施例中，具体包括如下步骤：
9、步骤一、按照所述的过渡金属掺杂的钴酸铜纳米材料的化学分子式的化学计量比称取(1-x)mmol铜源、2mmol钴源和xmmol过渡金属源，溶解于60-xml有机溶剂中，然后加入6.67mmol沉淀剂，在磁力搅拌机下搅拌混合均匀，转速为200rpm，并且超声处理，得到混合溶液；
10、步骤二、将所述混合溶液放进反应釜中进行溶剂热反应，水热温度为140℃，水热时间为10h，得到沉淀物，洗涤、烘干，得到中间体物质；
11、步骤三、将所述中间体物质在空气中进行煅烧，煅烧温度为550℃，煅烧时间为1-5h，得到过渡金属掺杂的钴酸铜纳米材料。
12、在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述铜源为三水硝酸铜、六水硝酸铜、硫酸铜、氯化铜中的一种或几种。
13、在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述钴源为六水合硝酸钴、七水硫酸钴、氯化钴、四氧化二钴中的一种或几种。
14、在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述过渡金属源为镍源；所述镍源为硝酸镍、硫酸镍、乙酸镍中的一种或几种。
15、在可以包括上述实施例的一些实施例中，所述有机溶剂为n,n二甲基甲酰胺、乙醇、丙酮中的一种或几种；所述沉淀剂为尿素和/或聚丙烯酰胺。
16、本申请实施例第三方面还提供一种负极片，该负极片含有上述的纳米材料或上述的方法制备得到的纳米材料。
17、本申请实施例第四方面还提供一种电池，包括上述的负极片，还包括电池外壳、正极片、隔离膜和电解液。
18、本申请实施例与现有技术相比，具有如下有益效果：
19、1、本申请加入沉淀剂，利用溶剂热的方法能够提高过渡金属掺杂的钴酸铜纳米材料作为锂离子电池电极材料的离子电导率；沉淀剂在高温高压的环境下溶解在有机溶剂中会分解从而使得金属离子聚集在一起生成沉淀。
20、2、本申请通过溶剂热的方法制备过渡金属掺杂的钴酸铜，制备方法流程简单、容易实现、可重复性高，可降低能耗，原料利用率高，能够制备出结晶性和电化学性能优良、高纯度的过渡金属掺杂的钴酸铜材料，该材料表现出优异的电化学性能和极佳的循环稳定性。
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1.一种过渡金属掺杂的钴酸铜纳米材料，其特征在于，所述过渡金属掺杂的钴酸铜纳米材料的化学分子式为：Cu1-xMxCo2O4，其中M代表过渡金属，x的取值范围为0＜x≤0.075。
2.根据权利要求1所述的过渡金属掺杂的钴酸铜纳米材料，其特征在于，过渡金属采用Ni，x取值为0.025、0.05或0.075。
3.一种制备权利要求1或2所述的过渡金属掺杂的钴酸铜纳米材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述铜源为三水硝酸铜、六水硝酸铜、硫酸铜、氯化铜中的一种或几种。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述钴源为六水合硝酸钴、七水硫酸钴、氯化钴、四氧化二钴中的一种或几种。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述过渡金属源为镍源；所述镍源为硝酸镍、硫酸镍、乙酸镍中的一种或几种。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂为N,N二甲基甲酰胺、乙醇、丙酮中的一种或几种；所述沉
9.一种负极片，其特征在于，该负极片含有权利要求1或2所述的纳米材料或权利要求3-8中任一项所述的方法制备得到的纳米材料。
10.一种电池，其特征在于，包括权利要求9所述的负极片，还包括电池外壳、正极片、隔离膜和电解液。
...【技术特征摘要】
1.一种过渡金属掺杂的钴酸铜纳米材料，其特征在于，所述过渡金属掺杂的钴酸铜纳米材料的化学分子式为：cu1-xmxco2o4，其中m代表过渡金属，x的取值范围为0＜x≤0.075。
2.根据权利要求1所述的过渡金属掺杂的钴酸铜纳米材料，其特征在于，过渡金属采用ni，x取值为0.025、0.05或0.075。
3.一种制备权利要求1或2所述的过渡金属掺杂的钴酸铜纳米材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述铜源为三水硝酸铜、六水硝酸铜、硫酸铜、氯化铜中的一种或几种。
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【专利技术属性】
技术研发人员：宋忠诚，童梦圆，孙丽侠，郁超，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：
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