[發明專利]鋅鈷氧化物材料及其制備方法及鋰離子電池負極材料

有效

• 申請號: 201710476900.7
• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN109103445B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 李寶華;鄧嬌嬌;秦顯營;賀艷兵;康飛宇
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;H01M4/42;H01M10/42;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳市鼎言知識產權代理有限公司 44311
• 代理人: 曾昭毅;鄭海威

本發明提供了一種鋅鈷氧化物材料的制備方法，包括如下步驟：將表面活性劑、鋅源、鈷源和添加劑分別溶解于溶劑中形成混合溶液，其中溶劑中的所述鋅源中鋅離子的摩爾量與所述鈷源中鈷離子的摩爾量之比為1:2；將混合溶液放入反應釜內，然后將反應釜密封并置于180?200℃溫度條件進行水熱反應，得到反應產物；將所述反應產物進行清洗并干燥，得到前驅體；將所述前驅體置于500?600℃的溫度條件下熱處理3?6小時得到鋅鈷氧化物材料。同時本發明還提供一種鋅鈷氧化物。本申請提供的鋅鈷氧化物作為鋰離子電池負極材料時，其在充放電過程中體積變化小，因此具有良好的充放電循環穩定性能。本申請還提供一種鋰離子電池負極材料。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池負極材料制備領域，具體涉及一種鋅鈷氧化物材料及其制備方法及包括該鋅鈷氧化物的鋰離子電池負極材料。

背景技術

鋰離子電池因具有工作電壓高、比能量大、循環壽命長、無污染和無記憶效應等優點，已經廣泛應用于我們的日常生活中。在鋰離子電池體系里，負極材料對電池的整體性能起著至關重要的作用，理想情況下要求負極材料的比容量大，鋰損失量小，反應可逆性好，電池能量密度大及循環性能好。目前商業化鋰離子電池的負極材料主要是各種石墨類碳材料，其多次充放電循環性能優異，但是石墨的體積比容量不夠高(理論容量僅為372mA h g-1)，快速充電時容易在石墨表面析出鋰并產生鋰枝晶，帶來安全隱患，很難滿足動力電池的需要。因此尋找具有高容量，高循環效率的負極材料對鋰離子電池的發展具有重大意義。

鋅鈷氧化物是一種尖晶石型過渡金屬氧化物，因具有比容量高，電化學活性強，循環壽命長等優點，受到了研究者的廣泛關注。但是，鋅鈷氧化物的導電性偏差，在充放電過程中體積變化大，導致其循環性能和倍率性能均較差，限制了該材料的實際使用。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種充放電過程中體積變化小、循環性能和倍率性能好的鋅鈷氧化物材料及其制備方法。

一種鋅鈷氧化物材料的制備方法，包括如下步驟：將表面活性劑、鋅源、鈷源和添加劑分別溶解于溶劑中形成混合溶液，其中溶劑中的所述鋅源中鋅離子的摩爾量與所述鈷源中鈷離子的摩爾量之比為1:2；將混合溶液放入反應釜內，然后將反應釜密封并置于180-200℃溫度條件進行水熱反應，得到反應產物；將所述反應產物進行清洗并干燥，得到前驅體；將所述前驅體置于500-600℃的溫度條件下熱處理3-6小時得到鋅鈷氧化物材料。

進一步地，所述鋅源為氯化鋅、硝酸鋅和乙酸鋅中的一種或幾種的混合物。

進一步地，所述添加劑為檸檬酸鉀和檸檬酸鈉中的一種或者兩種的混合。

進一步地，所述表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮，搜索聚乙烯吡咯烷酮為分子量為10000的聚乙烯吡咯烷酮、分子量為58000的聚乙烯吡咯烷酮或分子量為1300000的聚乙烯吡咯烷酮中的一種或幾種的混合。

進一步地，所述水熱反應溫度為180℃，反應時間為12-20小時。

進一步地，采用去離子水和無水乙醇對所述反應產物進行清洗。

進一步地，采用馬弗爐對所述前驅體進行熱處理，并且所述馬弗爐的升溫速率介于1-5℃/min。

一種鋅鈷氧化物材料，所述鋅鈷氧化物包括多個鋅鈷氧化物納米顆粒，多個所述鋅鈷氧化物納米顆粒自組裝形成空心八面體結構，所述空心八面體結構的尺寸介于5-10微米之間，并且所述空心八面體結構的壁厚為200-300納米。

進一步地，所述鋅鈷氧化物納米顆粒的尺寸為10-20納米。

一種鋰離子電池負極材料，所述鋰離子電池負極材料包括如上所述的鋅鈷氧化物材料。

附圖說明

圖1是本發明揭示的鋅鈷氧化物材料的制備方法流程圖。