[發(fā)明專利]一種高容量的鋰離子電池氧化鋅/多孔碳復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310665385.9
• 申請(qǐng)日: 2013-12-10
• 公開（公告）號(hào): CN103606657A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 穆道斌;沈雪陽(yáng);陳實(shí);吳鋒;吳伯榮;黃榮;趙章宏;陶丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué);高平唐一新能源科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高容量的鋰離子電池氧化鋅/多孔碳復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法，屬于化工電極材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

氧化鋅(ZnO)作為一種功能材料，已廣泛應(yīng)用在太陽(yáng)能電池、光電器件和鋅鎳電池中，作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)也具有很高的理論容量978mAhg^-1，這個(gè)數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于如今商業(yè)化使用的石墨類負(fù)極材料（372mAhg^-1），放電電壓平臺(tái)較高,制備方法簡(jiǎn)單多樣，原料價(jià)格低廉，具有很好的前景和潛力。但迄今為止，氧化鋅并未在鋰離子電池上得到實(shí)用化，即使是作為實(shí)驗(yàn)室研究也未得到大規(guī)模的關(guān)注。這是因?yàn)閆nO在用作鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)存在非常嚴(yán)重的體積效應(yīng)，導(dǎo)致容量的急速衰減和電池失效。目前對(duì)ZnO負(fù)極材料電化學(xué)性能的改善主要包括碳的包覆以及ZnO基復(fù)合材料的制備，研究結(jié)果表現(xiàn)出一定進(jìn)展但是可逆容量仍遠(yuǎn)未達(dá)到其理論水平，因此ZnO基負(fù)極材料還有著很大的提升空間。

多孔碳是一類具有豐富發(fā)達(dá)孔結(jié)構(gòu)的碳材料，具有較大的比表面積、良好的導(dǎo)電性以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。采用無(wú)機(jī)物質(zhì)CaCO₃作為模板，明膠為碳源可以制得多孔碳，其孔徑可達(dá)30-50nm，很適宜作為載體材料。因此可以將多孔碳作為一種緩沖介質(zhì)，可以在一定程度上為ZnO的體積膨脹提供一個(gè)空間，避免材料結(jié)構(gòu)的坍塌和碎化，改善ZnO基負(fù)極材料的循環(huán)穩(wěn)定性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有鋰離子電池氧化鋅負(fù)極材料循環(huán)穩(wěn)定性差、容量衰減快以及導(dǎo)電性不夠理想的問(wèn)題，提供一種高容量的鋰離子電池氧化鋅/多孔碳復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明的一種高容量的鋰離子電池氧化鋅/多孔碳復(fù)合負(fù)極材料，由氧化鋅和多孔碳組成，以該復(fù)合材料的總質(zhì)量計(jì)算，各部分的質(zhì)量百分含量為：

氧化鋅??5%-95%；

多孔碳??95%-5%。

本發(fā)明的一種高容量的鋰離子電池氧化鋅/多孔碳復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，具體制備步驟如下：

步驟一、將乙酸鋅(Zn(CH₃COO)₂·2H₂O)加入到醇溶液中，攪拌使其完全溶解，得到溶液；

步驟二、向步驟一得到的溶液中依次加入多孔碳和氫氧化鈉；在溫度為50～250℃的條件下進(jìn)行反應(yīng)，直至反應(yīng)完全；

步驟三、待步驟二反應(yīng)完成后，洗滌抽濾至濾液pH呈中性，將抽濾產(chǎn)物真空烘干，得到具有納米多孔結(jié)構(gòu)的氧化鋅/多孔碳復(fù)合材料。

步驟一所述醇類包括聚乙二醇、乙醇和乙二醇，以及它們中任意兩者以任意比例混合的混合液；

步驟一中乙酸鋅溶液的濃度為0.001～1gmL^-1。

步驟二中多孔碳的孔徑為1nm-5um。

步驟二中多孔碳和乙酸鋅的質(zhì)量比為1:0.05-10。

步驟二中氫氧化鈉與乙酸鋅的質(zhì)量比為1:0.01-10；

有益效果

1、本發(fā)明的一種高容量的鋰離子電池氧化鋅/多孔碳復(fù)合負(fù)極材料，具有納米多孔結(jié)構(gòu)，在一定程度上緩解了氧化鋅的體積膨脹，同時(shí)碳的引入增強(qiáng)了材料的導(dǎo)電性和電極的電接觸，用作鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)表現(xiàn)出高的充放電比容量和良好的循環(huán)性能(在電流密度為100mAg^-1的充放電制度下,循環(huán)100周后可逆容量為653.7mAhg^-1)，與純ZnO負(fù)極材料相比，容量衰減現(xiàn)象得到了明顯的改善，循環(huán)穩(wěn)定性得到了很大的提高，具有一定的推廣價(jià)值和應(yīng)用前景。

2、本發(fā)明的一種高容量的鋰離子電池氧化鋅/多孔碳復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，制備工藝簡(jiǎn)單易行，制備參數(shù)可控性強(qiáng)，原料低廉無(wú)污染。

附圖說(shuō)明

圖1為氧化鋅/多孔碳復(fù)合負(fù)極材料的XRD圖；

圖2為氧化鋅-65/多孔碳復(fù)合負(fù)極材料的SEM圖；

圖3為氧化鋅-54/多孔碳復(fù)合負(fù)極材料的SEM圖；

圖4為氧化鋅-33/多孔碳復(fù)合負(fù)極材料的SEM圖；

圖5為氧化鋅/多孔碳復(fù)合負(fù)極材料在100mAg^-1充放電循環(huán)100周的放電曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明

實(shí)施例1

本發(fā)明的一種高容量的鋰離子電池氧化鋅/多孔碳復(fù)合負(fù)極材料，由氧化鋅和多孔碳組成，以該復(fù)合材料的總質(zhì)量計(jì)算，各部分的質(zhì)量百分含量為：