一種納米鈷酸鎳及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種二維珊瑚狀納米鈷酸鎳及其制備方法。將氧化石墨烯置于水中超聲分散，硝酸鈷和硝酸鎳加入到水中攪拌溶解，然后將二種體系混合攪拌均勻，之后將混合體系冷凍干燥，最后將干燥后的粉末進(jìn)行熱處理，獲得二維珊瑚狀納米鈷酸鎳。本發(fā)明以氧化石墨烯為模板材料采用熱處理的方法，制備了二維珊瑚狀納米鈷酸鎳。應(yīng)用本發(fā)明制備的二維珊瑚狀納米鈷酸鎳作為鋰離子電池負(fù)極材料有較好的應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)效益。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種納米鈷酸鎳及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米鈷酸鎳及其制備方法，特別是一種二維珊瑚狀納米鈷酸鎳及其制備方法，屬于納米材料制備領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池作為新一代的綠色高能充電電池，以其電壓高、能量密度大、循環(huán)性能好、自放電小、無(wú)記憶效應(yīng)等突出優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話(huà)、筆記本電腦、小型攝像機(jī)等電器設(shè)備上，同時(shí)在電動(dòng)汽車(chē)、衛(wèi)星、航天航空以及空間軍事等領(lǐng)域也顯示出了良好的應(yīng)用前景和潛在的經(jīng)濟(jì)效益。目前，已經(jīng)成為本世紀(jì)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活具有重要意義的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。鋰離子電池的性能(如容量、能量密度、工作電壓、循環(huán)性能、倍率性能等)與組成鋰離子電池的正、負(fù)極材料的特性有關(guān)。二元金屬氧化物鈷酸鎳(NiCo2O4)由于其較好的導(dǎo)電性和電化學(xué)活性，在作為鋰離子電池負(fù)極材料顯示了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，科學(xué)家們通過(guò)不同的方法制備了具有不同結(jié)構(gòu)和形貌的鈷酸鎳，以提高其性能。Xiao等采用微波法制備了三維鈷酸鎳納米球[Li Gu, Lei Qian, Ying Lei, Yanyan Wang, JingLi，Hongyan Yuan,Dan Xia0.Microwave-assisted synthesis of nanosphere-1 ikeNiCo2O4 consisting of porous nanosheets and its applicat1n in electro-catalyticoxidat1n of methanol.J.Power Sources，2014，261，317-323.]。Lou 等米用熱處理的方法將鈷酸鎳納米針沉積在泡沫鎳表面[Gen Qiang Zhang, Hao Bin Wu, HarryE.Hoster, Mary B.Chan-Park, and X1ng Wen(David)Lou.Single-crystalline NiCo2O4nanoneedle arrays grown on conductive substrates s binder-free electrodes forhigh-performance supercapacitors.Energy Environ.Sc1.2012, 5, 9453]。Li 等米用聚合物/表面活性劑共溶液法制備了鈷酸鎳納米線[Hao Jiang, Jan Ma and ChunzhongL1.Hierarchical porous NiCo2O4 nanowires for high-rate supercapacitors.Chem.Commun.，2012, 48，4465-4467.]
[0003]但是，采用模板法制備二維珊瑚狀納米鈷酸鎳還未有報(bào)道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種二維珊瑚狀納米鈷酸鎳及其制備方法。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種納米鈷酸鎳，所述納米鈷酸鎳為二維珊瑚狀。
[0006]上述納米鈷酸鎳采用以下步驟制備而得:
[0007]第一步，將氧化石墨在水中超聲分散；
[0008]第二步，將鎳鹽和鈷鹽按照摩爾比1: 2在水中攪拌；
[0009]第三步，將第一步所得的氧化石墨烯分散液與第二步所得的混合溶液混合，并攪拌；
[0010]第四步，將第三步的反應(yīng)體系冷凍干燥；
[0011]第五步，將第四步冷凍干燥后獲得的粉末在氮?dú)鈿夥障拢?00-400°C熱處理1-5小時(shí)，制得二維珊瑚狀納米鈷酸鎳。
[0012]本發(fā)明納米鈷酸鎳的制備方法,第一步中所述的氧化石墨采用hu_er法制備,超聲分散時(shí)間為30-120分鐘。
[0013]本發(fā)明納米鈷酸鎳的制備方法中，第二步中攪拌時(shí)間為20-60分鐘。
[0014]本發(fā)明納米鈷酸鎳的制備方法中，第三步中攪拌時(shí)間為30-60分鐘。
[0015]本發(fā)明納米鈷酸鎳的制備方法，氧化石墨與納米鈷酸鎳的質(zhì)量比不大于1:4。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于:(I)制備過(guò)程中，以水為溶劑，綠色無(wú)污染，同時(shí)也可以降低成本；(2)制備過(guò)程中采用冷凍干燥法可以保證氧化石墨烯不會(huì)重新堆疊，保持完美的二維片層結(jié)構(gòu)，為制備二維珊瑚狀納米鈷酸鎳提供二維模版；(3)采用氧化石墨烯為模板，制備二維珊瑚狀納米鈷酸鎳；采用氧化石墨烯為模版制備的二維珊瑚狀納米鈷酸鎳作為鋰離子電池負(fù)極材料具有較好的電化學(xué)性能，其首次充放電可逆容量為10lmAhg^1, 50次循環(huán)后，其容量可以維持在gSOmAhg—1，有望在儲(chǔ)能領(lǐng)域得到應(yīng)用。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明二維珊瑚狀納米鈷酸鎳的制備方法示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明實(shí)例3所制備的二維珊瑚狀納米鈷酸鎳的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(a為低倍數(shù)，b為高倍數(shù))。
[0019]圖3是本發(fā)明實(shí)例3所制備的二維珊瑚狀納米鈷酸鎳作為鋰離子電池的循環(huán)性能曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明的二維珊瑚狀納米鈷酸鎳通過(guò)以下步驟制備:
[0021]第一步，將氧化石墨在水中超聲分散30-120分鐘；
[0022]第二步，將鎳鹽和鈷鹽按照摩爾比1:2在水中攪拌20-60分鐘；
[0023]第三步，將第一步所得的氧化石墨烯分散液與第二步所得的混合溶液混合，并攪拌30-60分鐘；
[0024]第四步，將第三步的反應(yīng)體系冷凍干燥；
[0025]第五步，將第四步冷凍干燥后獲得的粉末在氮?dú)鈿夥障拢?00-400°C熱處理1_5小時(shí)，制得二維珊瑚狀納米鈷酸鎳。
[0026]實(shí)施實(shí)例1:
[0027]第一步:將60mg氧化石墨在去離子水中進(jìn)行超聲分散120min，得到氧化石墨烯溶液；
[0028]第二步，將0.291g硝酸鎳和0.582g硝酸鈷溶解在30mL水中攪拌60分鐘；
[0029]第三步，將前兩步所得體系混合，并攪拌60分鐘；
[0030]第四步，將第三步的反應(yīng)體系冷凍干燥；
[0031]第五步，將第四步冷凍干燥后獲得的粉末在氮?dú)鈿夥障拢?00°C熱處理I小時(shí)，制得二維珊瑚狀納米鈷酸鎳。
[0032]實(shí)施實(shí)例2:
[0033]第一步:將20mg氧化石墨在去離子水中進(jìn)行超聲分散30min，得到氧化石墨烯溶液；
[0034]第二步，將0.29 Ig硝酸鎳和0.582g硝酸鈷溶解在30mL水中攪拌20分鐘；
[0035]第三步，將前兩步所得體系混合，并攪拌30分鐘；
[0036]第四步，將第三步的反應(yīng)體系冷凍干燥；
[0037]第五步，將第四步冷凍干燥后獲得的粉末在氮?dú)鈿夥障拢?00°C熱處理5小時(shí)，制得二維珊瑚狀納米鈷酸鎳。
[0038]實(shí)施實(shí)例3:
[0039]第一步:將30mg氧化石墨在去離子水中進(jìn)行超聲分散60min，得到氧化石墨烯溶液；
[0040]第二步，將0.291g硝酸鎳和0.582g硝酸鈷溶解在30mL水中攪拌30分鐘；
[0041]第三步，將前兩步所得體系混合，并攪拌60分鐘；
[0042]第四步，將第三步的反應(yīng)體系冷凍干燥；
[0043]第五步，將第四步冷凍干燥后獲得的粉末在氮?dú)鈿夥障拢?00°C熱處理2小時(shí)，制得二維珊瑚狀納米鈷酸鎳，其場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡如圖2所示。將制備的二維珊瑚狀納米鈷酸鎳作為鋰離子電池負(fù)極材料進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試，結(jié)果如圖3所示，與沒(méi)有使用氧化石墨烯制備的塊狀鈷酸鎳相比，二維珊瑚狀納米鈷酸鎳具有較好的電化學(xué)性能，其首次充放電可逆容量為10lmAhg-1AO次循環(huán)后，其容量可以維持在gSOmAhg'
[0044]實(shí)施實(shí)例4:
[0045]第一步:將40mg氧化石墨在去離子水中進(jìn)行超聲分散40min，得到氧化石墨烯溶液；
[0046]第二步，將0.291g硝酸鎳和0.582g硝酸鈷溶解在30mL水中攪拌10分鐘；
[0047]第三步，將前兩步所得體系混合，并攪拌40分鐘；
[0048]第四步，將第三步的反應(yīng)體系冷凍干燥；
[0049]第五步，將第四步冷凍干燥后獲得的粉末在氮?dú)鈿夥障拢?50°C熱處理3小時(shí)，制得二維珊瑚狀納米鈷酸鎳。
【權(quán)利要求】
1.一種納米鈷酸鎳，其特征在于，所述納米鈷酸鎳為二維珊瑚狀結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米鈷酸鎳，其特征在于，由以下步驟制備: 第一步，將氧化石墨在水中超聲分散； 第二步，將鎳鹽和鈷鹽按照摩爾比1:2在水中攪拌； 第三步，將第一步所得的氧化石墨烯分散液與第二步所得的混合溶液混合，并攪拌； 第四步，將第三步的反應(yīng)體系冷凍干燥； 第五步，將第四步冷凍干燥后獲得的粉末在氮?dú)鈿夥障拢?00-400°C熱處理1-5小時(shí)，制得二維珊瑚狀納米鈷酸鎳。
3.—種納米鈷酸鎳的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步，將氧化石墨在水中超聲分散； 第二步，將鎳鹽和鈷鹽按照摩爾比1:2在水中攪拌； 第三步，將第一步所得的氧化石墨烯分散液與第二步所得的混合溶液混合，并攪拌； 第四步，將第三步的反應(yīng)體系冷凍干燥； 第五步，將第四步冷凍干燥后獲得的粉末在氮?dú)鈿夥障拢?00-400°C熱處理1-5小時(shí)，制得二維珊瑚狀納米鈷酸鎳。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米鈷酸鎳的制備方法，其特征在于，第一步中所述的氧化石墨采用hummer法制備，超聲分散時(shí)間為30-120分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米鈷酸鎳的制備方法，其特征在于，第二步中攪拌時(shí)間為20-60分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米鈷酸鎳的制備方法，其特征在于，第三步中攪拌時(shí)間為30-60分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米鈷酸鎳的制備方法，其特征在于，氧化石墨與納米鈷酸鎳的質(zhì)量比不大于1:4。
【文檔編號(hào)】H01M4/1391GK104269552SQ201410472906
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月16日
【發(fā)明者】付永勝, 彭長(zhǎng)青, 曾晚婷, 莊家偉, 王佳瑜, 汪信, 朱俊武 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)