[發明專利]一種通過有機復合前驅體合成高比容量ZnO的制備方法

有效

• 申請號: 201610067007.4
• 申請日: 2016-01-30
• 公開（公告）號: CN105731520B
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發明（設計）人: 徐盛明;張文靜;黃國勇;王學軍;劉欣
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;C01G9/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明屬于超級電容器負極材料研制領域，更具體是一種通過有機復合前驅體合成高比容量ZnO的制備方法。

背景技術

近兩年，新能源汽車產銷大幅增長，作為一種介于傳統電容器和鋰離子電池之間的新型環境友好型儲能體系的超級電容器具有高能量密度、快速充放電、循環壽命長、庫倫效率高及瞬時大電流充放電等特性，得到了市場人士的普遍認可。目前最成功的商業化的超級電容器負極材料為活性炭，但活性炭存在比表面積利用率低等缺點，所以仍需尋找理想的電極材料。

氧化鋅作為鋰電池負極材料，其理論比容量為650mAh·g^-1，并具有低成本、導電性好等優點。氧化鋅的比電容達到2973F/g，并有優異的循環性能，由此可見，氧化鋅因其自身的電化學活性以及環境友好性的特點，是一種很有開發應用前景的超級電容器材料。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種通過有機復合前驅體合成高比容量氧化鋅的制備方法，本發明制備的氧化鋅具有微納米尺寸效應，其既具備納米材料的比表面積大等優點，又因微米結構而使結構穩定，減少尺寸小而引發的團聚現象，使得材料的電化學性能優異，比容量高，循環穩定性與倍率性能好；且制備方法中采用水熱法，方法簡單，便于進行可控制備，易于工業化。

一種通過有機復合前驅體合成高比容量ZnO的制備方法，其特征在于：

(1)以鋅鹽為金屬源，以十二烷基磺酸鈉為表面活性劑，加入混合溶劑，將上述物質在室溫下混合均勻后得到混合溶液轉入反應釜中，在160～180℃下水熱反應12小時后，得到有機前驅體前驅體；

(2)將上述有機前驅體放入馬弗爐中，在400℃～600℃下煅燒10小時后，得到具有微納米結構的氧化鋅粉體材料。

進一步，步驟(1)中所述的鋅鹽為乙酸鋅、硫酸鋅或氯化鋅。

進一步，步驟(1)中所述鋅鹽在混合溶液中的濃度為0.05mol/L～0.1mol/L。

進一步，步驟(1)中所述十二烷基磺酸鈉在混合溶液中的用量為2g/L～2.4g/L。

進一步，步驟(1)中所述的有機溶劑為乙二醇或1,3-丙二醇。

進一步，步驟(1)中所述的有機前驅體為ZnO₂C₂H₄或者ZnO₂C₃H₆。

上述的反應釜一般采用以聚四氟乙烯為內襯的不銹鋼反應釜。

其中，步驟(1)中所述的鋅鹽為乙酸鋅、硫酸鋅或氯化鋅，有機溶液為乙二醇或1,3-丙二醇。同一條件下，不同溶劑得到的前驅體不同，分別為ZnO₂C₂H₄或者ZnO₂C₃H₆，對應的化學方程式如下：

圖1為前驅體ZnO₂C₂H₄的紅外光譜圖，位于3429cm^-1的強峰對應水分子中的-OH官能團的伸縮振動。位于2924cm^-1的峰可以歸屬于亞甲基的伸縮振動，位于1034cm^-1處的峰對應于C-O的伸縮振動。該方法合成的前驅體是成環狀的有機復合前驅體。

通過制備有機前驅體而得到的氧化鋅無雜相(圖2所示)，SEM圖(圖3所示)顯示為多孔的球形顆粒，其平均粒徑為3～4μm，且每個球體為大小不一，形狀不規則的納米片堆疊而成，其厚度約為20nm～40nm，寬度約為50nm～200nm。通過應用BET計算得到ZnO材料的BET比表面積為7.533m²g^-1。