[發(fā)明專利]氧化鋅修飾的石墨烯鋰離子電池負極材料的制備方法

有效

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• 申請日: 2016-01-22
• 公開（公告）號: CN105552338B
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 汪訓國
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江極力動力新能源有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/587;H01M10/0525
• 代理公司: 杭州千克知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司33246
• 代理人: 周希良

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰電池制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子電池用氧化鋅修飾的石墨烯負極材料的制備方法。

背景技術(shù)

石墨是目前商用鋰離子電池的主要負極材料，在充電過程中，鋰離子嵌入石墨中形成石墨與鋰的層間化合物。石墨具有良好的充放電電壓平臺，理論容量為372mAh/g，同時，由于鋰離子嵌入石墨層間的時間較長，因而石墨電極的充放電速度較慢。近年來，隨著移動電子設(shè)備對電源續(xù)航能力以及充電時間的要求越來越高，傳統(tǒng)的石墨電極逐漸不能滿足高性能鋰離子電池的要求。在此背景下，石墨烯由于高的導電性以及高比表面積等性質(zhì)成為鋰電池負極材料的熱點材料。與石墨烯相比，石墨烯原子層的兩側(cè)可以分別吸附鋰離子。因此，單層石墨烯理論容量可以達到石墨的兩倍，為744mAh/g。另外，由于石墨烯片層之間孔隙率的增加，鋰離子的吸附和脫附過程可以非常快速。

對于負極應用來說，氧化鋅具有幾倍于碳材料的理論容量。但氧化鋅材料作為鋰離子電池的負極材料存在一個較大的缺陷，就是在鋰離子的吸附和脫附過程中，體積變化大，較大的應力會破壞導電通路，導致充放電循環(huán)形成極差；另外，氧化鋅的電子遷移率較低，造成鋰離子電池內(nèi)阻較大。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種氧化鋅修飾的石墨烯鋰離子電池負極材料的制備方法，其通過一步反應法獲得氧化鋅修飾的石墨烯作為鋰離子電池的負極材料，充分結(jié)合氧化鋅比容量高以及石墨烯高導電性、高比表面積的優(yōu)點，獲得了容量高、充放電速度快的負極材料。

本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

氧化鋅修飾的石墨烯鋰離子電池負極材料的制備方法，其按如下步驟進行：

1）將石墨烯粉末和氧化鋅粉末以重量比例1:10-100:1的比例混合均勻；

2）將步驟1）得到的混合物放入反應爐中加熱至500℃至1800℃，并保持通入保護氣體，按照設(shè)定的反應時間保溫；

3）反應時間達到設(shè)定時間后隨爐冷卻至室溫,得到氧化鋅修飾的石墨烯鋰離子電池負極材料。

優(yōu)選的，石墨烯粉末是單層或者多層石墨烯粉末，層數(shù)為1~10層，粉末片徑為0.05~40um。

優(yōu)選的，氧化鋅粉末粒徑為10~100nm。

優(yōu)選的，保護氣體可以是氬氣、氮氣、氫氣、氦氣、氖氣或者其中幾種的混合氣體。

優(yōu)選的，反應時間為1分鐘-10小時。

優(yōu)選的，所述的反應時間為30分鐘-5小時。

優(yōu)選的，加熱溫度為1000℃至1500℃。

本發(fā)明氧化鋅鋅修飾的石墨烯鋰離子電池負極材料的制備方法，其負極材料由石墨烯與氧化鋅粉末在一定溫度下一步反應得到。本發(fā)明方法工藝簡單，得到的氧化鋅修飾的石墨烯負極材料充分結(jié)合了氧化鋅材料較高的理論容量以及石墨烯高導電性、高比表面積的優(yōu)勢；同時，在石墨烯與氧化鋅粉末反應過程中在所得到的氧化鋅修飾的石墨烯片層中形成微孔，利于鋰離子在所得到的負極材料中間的快速傳輸，提高了充放電速度。

附圖說明

圖1為實施例1氧化鋅修飾的石墨烯負極材料循環(huán)性能曲線。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施例作詳細說明。

實施例1：

1）將原子層數(shù)為1-5層的石墨烯粉末（粉末的片徑為1um）和氧化鋅粉末（粒徑為20nm）以重量比例100:1的比例球磨混合均勻；

2）將步驟1）得到的混合物放入管式反應爐中加熱至1500℃，并保持通入保護氣體氬氣，反應30分鐘；

3）反應時間達到設(shè)定時間后隨爐冷卻至室溫，得到氧化鋅修飾的石墨烯鋰離子電池負極材料。

將得到的負極材料進行容量測試，結(jié)果如附圖1所示，初始容量達到1180mAh/g，循環(huán)充放電50次以后，所得負極材料容量仍然保持在1000mAh/g以上。

實施例2：

1）將原子層數(shù)為10層的石墨烯粉末（粉末的片徑為10um）和氧化鋅粉末（粒徑為50nm）以重量比例1:10的比例球磨混合均勻；

2）將步驟1）得到的混合物放入箱式反應爐中加熱至500℃，并保持通入保護氣體氮氣，反應10小時；

3）反應時間達到設(shè)定時間后隨爐冷卻至室溫，得到氧化鋅修飾的石墨烯鋰離子電池負極材料。

實施例3：

1）將單層石墨烯粉末（粉末的片徑為30um）和氧化鋅粉末（粒徑為80nm）以重量比例1:1的比例攪拌混合均勻；