本發(fā)明屬于納米復(fù)合材料及其應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種四氧二鐵酸鈷納米粒子及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

鋰離子電池由于有高能量密度、高輸出電壓、無記憶效應(yīng)和無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn),得到越來越多的應(yīng)用。不僅僅可以應(yīng)用于各種便攜式電子設(shè)備，在作為電動汽車動力電源和太陽能、風(fēng)能等新能源的儲能設(shè)備方面都有很大應(yīng)用前景。目前商業(yè)化的鋰離子電池廣泛使用的負(fù)極主要是石墨類材料。但石墨理論容量低且有安全性問題，因此高理論容量、安全性好的新型負(fù)極材料得到越來越多的關(guān)注。氧化物負(fù)極材料具有理論容量高、循環(huán)性能好、安全性能高等優(yōu)點(diǎn)（參考文獻(xiàn)：p.poizot,s.laruelle,s.grugeon,etal.nano-sizedtransition-metaloxidesasnegative-electrodematerialsforlithium-ionbatteries.nature2000,407,496;s.mitra,p.poizot,a.finke,etal.growthandelectrochemicalcharacterizationversuslithiumoffe3o4electrodesmadebyelectrodeposition.adv.funct.mater.2006,16,2281;l.li,a.kovalchuk,h.fei,eta1.enhancedcyclingstabilityoflithium-ionbatteriesusinggrapheme-wrappedfe3o4graphenenanoribbonsasanodematerials．advenergymater,2015,5,1500171.），是替代石墨作為鋰離子電池負(fù)極的理想材料，但導(dǎo)電性差、不可逆容量大和充放電前后體積變化大等問題制約其得到實(shí)際應(yīng)用。研究表明，電極材料的納米化和結(jié)構(gòu)功能化認(rèn)為是解決這些問題的有效方法，特別是多層結(jié)構(gòu)納米材料，可極大緩解體積變化，提高循環(huán)穩(wěn)定性。同時(shí)納米復(fù)合材料也是提高材料性能的一種有效方法，可提高材料導(dǎo)電性、改善材料表面電子分布，但是，現(xiàn)有合成方法得到的多層結(jié)構(gòu)納米材料大都為聚集態(tài)，分散性較差，這就在很大程度上減小了納米化對電池性能的提高，不能完全體現(xiàn)納米電極材料的特性，所以開發(fā)一種簡單易行的方法，制備高分散性多層結(jié)構(gòu)納米粒子是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的新課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種四氧二鐵酸鈷納米粒子及其制備方法，使用該方法制備的四氧二鐵酸鈷納米粒子具有分散性好、比容量大、循環(huán)性能好、使用壽命長等特點(diǎn)。

一種四氧二鐵酸鈷納米粒子，它是由下述方法制備的，包括：

1）氯化亞鐵30~60mg、氯化鈷5~10mg、聚丙烯酰胺10~20mg和去離子水10~20ml加入到100ml圓底燒瓶中，攪拌；

2）磁力攪拌下將乙醇30~60ml緩慢滴加入步驟1）所得溶液中，加入1m氫氧化鈉水溶液50~200μl，磁力攪拌1~2h，5000~9000rpm離心，時(shí)間8~10min；

3）步驟2）所得的固體50~100^oc真空干燥8~12h；置于箱式爐中，400~450℃煅燒2~3h，得到多層結(jié)構(gòu)四氧二鐵酸鈷納米粒子；

所述的步驟1）中的氯化亞鐵30mg、氯化鈷5mg，聚丙烯酰胺10mg，去離子水10ml；步驟2）中的乙醇30ml，氫氧化鈉水溶液50μl，磁力攪拌1h，7000rpm離心，時(shí)間8min；步驟3）50^oc真空干燥8h，400℃煅燒2h；

所述的步驟1）中的氯化亞鐵45mg、氯化鈷7mg，聚丙烯酰胺15mg，去離子水15ml；步驟2）中的乙醇45ml，氫氧化鈉水溶液100μl，磁力攪拌2h，5000rpm離心，時(shí)間8min；步驟3）75^oc真空干燥10h，450℃煅燒3h；

所述的步驟1）中的氯化亞鐵60mg、氯化鈷10mg，聚丙烯酰胺20mg，去離子水20ml；步驟2）中的乙醇60ml，氫氧化鈉水溶液200μl，磁力攪拌2h，9000rpm離心，時(shí)間8min；步驟3）100^oc真空干燥12h，400℃煅燒2h。

一種四氧二鐵酸鈷納米粒子在鋰離子電池方面的應(yīng)用。

本發(fā)明提供了一種四氧二鐵酸鈷納米粒子及其制備方法，包括：氯化亞鐵30~60mg、氯化鈷5~10mg、聚丙烯酰胺10~20mg和去離子水10~20ml加入到100ml圓底燒瓶中，攪拌；磁力攪拌下將乙醇30~60ml緩慢滴加入所得溶液中，加入1m氫氧化鈉水溶液50~200μl，磁力攪拌1~2h，5000~9000rpm離心，時(shí)間8~10min；所得的固體50~100^oc真空干燥8~12h；置于箱式爐中，400~450℃煅燒2~3h，得到多層結(jié)構(gòu)四氧二鐵酸鈷納米粒子；本發(fā)明得到的多層結(jié)構(gòu)四氧二鐵酸鈷納米粒子分散性好，粒徑均勻，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；使用本發(fā)明方法制備的多層結(jié)構(gòu)四氧二鐵酸鈷納米粒子具有容量大、循環(huán)性能好、使用壽命長等特點(diǎn)；500次充放電后（電流密度1a/g）容量仍保持在1000mah/g以上。

附圖說明

圖1多層結(jié)構(gòu)四氧二鐵酸鈷納米粒子的透射電鏡圖；

圖2多層結(jié)構(gòu)四氧二鐵酸鈷納米粒子的xrd譜圖；

圖3多層結(jié)構(gòu)四氧二鐵酸鈷納米粒子的充放電循環(huán)曲線。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1一種四氧二鐵酸鈷納米粒子的制備方法

將30mg氯化亞鐵、5mg氯化鈷、10mg聚丙烯酰胺和10ml去離子水加入到100ml圓底燒瓶中，攪拌混合均勻。在磁力攪拌下將30ml乙醇緩慢滴加入上述溶液中。隨后向溶液中加入50μl1m氫氧化鈉水溶液，磁力攪拌1h，反應(yīng)完成后進(jìn)行離心分離（7000rpm，8min），所得固體50^oc真空干燥8h。將烘干后固體置于箱式爐中，在400^oc下煅燒2h，得到多層結(jié)構(gòu)四氧二鐵酸鈷納米粒子(見圖1、2所示)。

實(shí)施例2一種四氧二鐵酸鈷納米粒子的制備方法

將45mg氯化亞鐵、7mg氯化鈷、15mg聚丙烯酰胺和15ml去離子水加入到100ml圓底燒瓶中，攪拌混合均勻。在磁力攪拌下將45ml乙醇緩慢滴加入上述溶液中。隨后向溶液中加入100μl1m氫氧化鈉水溶液，磁力攪拌2h，反應(yīng)完成后進(jìn)行離心分離（5000rpm，8min），所得固體75^oc真空干燥10h。將烘干后固體置于箱式爐中，在450^oc下煅燒3h，得到多層結(jié)構(gòu)四氧二鐵酸鈷納米粒子。

實(shí)施例3一種四氧二鐵酸鈷納米粒子的制備方法

將60mg氯化亞鐵、10mg氯化鈷、20mg聚丙烯酰胺和20ml去離子水加入到100ml圓底燒瓶中，攪拌混合均勻。在磁力攪拌下將60ml乙醇緩慢滴加入上述溶液中。隨后向溶液中加入200μl1m氫氧化鈉水溶液，磁力攪拌2h，反應(yīng)完成后進(jìn)行離心分離（9000rpm，8min），所得固體100^oc真空干燥12h。將烘干后固體置于箱式爐中，在400^oc下煅燒2h，得到多層結(jié)構(gòu)四氧二鐵酸鈷納米粒子。

實(shí)施例4一種四氧二鐵酸鈷納米粒子在鋰離子電池方面的應(yīng)用

根據(jù)上述實(shí)施例制備出的多層結(jié)構(gòu)四氧二鐵酸鈷納米粒子用于鋰離子電池。以合成的多層結(jié)構(gòu)四氧二鐵酸鈷納米粒子為活性物質(zhì)，乙炔黑為導(dǎo)電劑，聚偏氟乙烯(pvdf)為粘結(jié)劑，氮甲基吡咯烷酮（nmp）為溶劑。電池的組裝過程為：將活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、聚偏氟乙烯按80:10:10的重量比準(zhǔn)確稱量，然后放入瑪瑙研缽中充分混合、研磨均勻，然后加入幾滴nmp，繼續(xù)研磨至均勻漿狀。將漿料均勻涂于已稱量過的銅箔上。然后在真空干燥箱中于120^oc真空干燥12h至恒重，20mpa下壓片，再繼續(xù)干燥至少2h，降到室溫后取出稱重。

我們用實(shí)驗(yàn)半電池來測試合成材料的電化學(xué)性能，模擬電池的組裝在無水無氧、充有氬氣的手套箱中完成。將烘干的極片、電池殼和隔膜放入手套箱。以金屬鋰片為對電極，celgard240聚丙烯多孔膜做隔膜，1.0mol/llipf6的ec-dmc（體積比1:1）溶液做電解液，組裝成扣式cr2032模擬電池，進(jìn)行充放電測試，結(jié)果見圖3。實(shí)驗(yàn)表明所制備的多層結(jié)構(gòu)四氧二鐵酸鈷納米粒子具有很高的比容量和較好的循環(huán)性能，分別在1000ma/g和5000ma/g電流密度下，經(jīng)500次循環(huán)后放電容量分別為1014mah/g和570mah/g，表現(xiàn)出超高的容量和循環(huán)穩(wěn)定性。