[發(fā)明專利]氧化鋅/碳復(fù)合材料的制備方法及在鋰離子電池上的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710801440.0
• 申請(qǐng)日: 2017-09-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107579230B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鞠治成;吳璇;周嵬;殷慶俠;張軒;劉祥祥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇福瑞士電池科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 徐州市三聯(lián)專利事務(wù)所 32220
• 代理人: 周愛(ài)芳

本發(fā)明公開(kāi)氧化鋅/碳復(fù)合材料的制備方法及在鋰離子電池上的應(yīng)用，包括步驟：1)稱取質(zhì)量比為(3～17)：1的碳源和鋅源，向適量去離子水中加入鋅源，配成溶液，再將碳源加入以上溶液，攪拌至形成白色膠狀物，冷凍干燥后得白色粉末；2)將步驟1)得到的白色粉末移至真空管式爐中，在惰性氣體保護(hù)下于400～950℃的溫度下，煅燒3?20h后，隨爐冷卻至室溫，得黑色粉末，經(jīng)多次洗滌、分離提純，最終經(jīng)冷凍干燥后得目標(biāo)產(chǎn)物。采用本發(fā)明方法制備出了氧化鋅/碳復(fù)合材料，所用的原料常見(jiàn)，制備簡(jiǎn)單，且所得產(chǎn)品雜質(zhì)少，比表面積大，孔徑分布均勻，易于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)；其作為鋰離子電池負(fù)極材料，表現(xiàn)出了良好的電化學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氧化鋅/碳復(fù)合材料的制備方法及在鋰離子電池上的應(yīng)用，屬于鋰離子電池負(fù)極材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鋰離子電池因具有電壓高、自放電率低、體積小、重量輕、無(wú)記憶效應(yīng)等性能，被廣泛應(yīng)用于便攜式電器以及電動(dòng)汽車中。但目前商業(yè)化鋰離子電池所采用的負(fù)極材料幾乎都是石墨材料，但石墨的理論容量只有370毫安·時(shí)/克，難以滿足日益增長(zhǎng)的大功率電子設(shè)備和電動(dòng)汽車的長(zhǎng)距離行駛需求，而且碳的電極電位與鋰的電位很接近，當(dāng)電池過(guò)充時(shí)，金屬鋰可能在碳電極表面析出，形成枝晶而引發(fā)安全問(wèn)題。

作為過(guò)渡金屬氧化物，氧化鋅是一種常用的化學(xué)添加劑，被廣泛地應(yīng)用于塑料、硅酸鹽制品、合成橡膠、潤(rùn)滑油、油漆涂料、藥膏等產(chǎn)品的制作中。其理論容量高達(dá)978毫安·時(shí)/克`,具有高度化學(xué)穩(wěn)定性和環(huán)境友好性，使其有望被用作鋰離子電池負(fù)極材料。但氧化鋅在充放電過(guò)程中，會(huì)形成ZnLi合金，導(dǎo)致嚴(yán)重的體積效應(yīng)，使其容量急速衰減。

多孔碳是一類具有均勻發(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。通過(guò)包覆氧化鋅顆粒，不僅可以提高氧化鋅導(dǎo)電性、改善其體積膨脹效應(yīng)，同時(shí)碳材料也具有良好的儲(chǔ)鋰能力，因此能夠極大的提高氧化鋅材料的循環(huán)穩(wěn)定性，具有良好的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種氧化鋅/碳復(fù)合材料的制備方法，所用的原料常見(jiàn)，制備步驟簡(jiǎn)單且可控性高。本發(fā)明還提供了該氧化鋅/碳復(fù)合材料在鋰離子電池上的應(yīng)用。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的氧化鋅/碳復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

1)稱取質(zhì)量比為(3～17)：1的碳源和鋅源，向適量去離子水中加入鋅源，配成溶液，再將碳源加入以上溶液，攪拌至形成白色膠狀物，冷凍干燥后得白色粉末；

2)將步驟1)得到的白色粉末移至真空管式爐中，在惰性氣體保護(hù)下于400～950℃的溫度下，煅燒3-20h后，隨爐冷卻至室溫，得黑色粉末，經(jīng)多次洗滌、分離提純，最終經(jīng)冷凍干燥后得目標(biāo)產(chǎn)物。

作為改進(jìn)，所述鋅源為二價(jià)鋅鹽，選自七水硫酸鋅、無(wú)水氯化鋅、六水硝酸鋅或水合乙酸鋅中的任一種。

作為改進(jìn)，所述碳源采用高度水溶性聚合物，選自聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸鉀、聚丙烯酸中的任一種。

作為改進(jìn)，所述步驟2)中的分離提純采用離心或布氏漏斗抽濾，再用去離子水或無(wú)水乙醇反復(fù)洗滌。

本發(fā)明還提供了上述氧化鋅/碳復(fù)合材料在鋰離子電池上的應(yīng)用，具體包括以下步驟：

1)按質(zhì)量比為X:(9-X):1的比例分別稱取氧化鋅/碳復(fù)合材料、炭黑和聚偏氟乙烯，將聚偏氟乙烯加至N-甲基吡咯烷酮溶液中配成濃度為5％的粘合劑溶液，經(jīng)過(guò)120min～200min磁力攪拌，得到無(wú)色透明溶液；

2)再將氧化鋅/碳復(fù)合材料和炭黑混合，機(jī)械球磨60～180min后，加入步驟1)的無(wú)色透明溶液，繼續(xù)球磨60～180min，得糊狀混合物；

3)將步驟2)制得糊狀混合物均勻涂布在洗凈的電極片銅箔上；