[發(fā)明專利]一種硫化鋅/石墨烯復(fù)合材料、其制備方法及應(yīng)用有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201711402881.X | 申請日： | 2017-12-22 |
| 公開（公告）號： | CN108232142B | 公開（公告）日： | 2020-10-27 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 胡亮;溫珍海 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所 |
| 主分類號： | H01M4/36 | 分類號： | H01M4/36;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525;C01B32/182 |
| 代理公司： | 北京元周律知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11540 | 代理人： | 潘欣欣 |
| 地址： | 350002 福建*** | 國省代碼： | 福建;35 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 硫化鋅 石墨 復(fù)合材料 制備 方法 應(yīng)用 | ||
本申請公開了一種硫化鋅/石墨烯復(fù)合材料，所述負(fù)極材料包括硫化鋅介孔球和石墨烯，所述硫化鋅介孔球被石墨烯包覆。該材料中的硫化鋅介孔球包含豐富的介孔結(jié)構(gòu)，用作負(fù)極材料，不但可以增加電極材料和電解液的接觸面積，提高反應(yīng)速率，也可以緩解充放電循環(huán)過程中由于鈉離子嵌入和脫出導(dǎo)致的電極材料體積變化。通過石墨烯包覆可以極大改善硫化鋅作為半導(dǎo)體導(dǎo)電性差的特性，從而提高復(fù)合材料的電化學(xué)性能。
技術(shù)領(lǐng)域
本申請涉及一種硫化鋅/石墨烯復(fù)合材料、其制備方法和作為負(fù)極材料在電池中的應(yīng)用，屬于電化學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
近年來，動力汽車市場不斷擴大，鋰離子電池作為目前動力汽車主要的動力電池，其需求量急劇增長，使得由于鋰資源含量較少且分布不均勻引起的可持續(xù)利用的問題變得日益突出。鈉元素含量豐富且在全球范圍分布廣泛，與鋰元素具有相似的物理和化學(xué)性質(zhì)，因此鈉離子電池受到研究者的廣泛關(guān)注。最近研究表明，鈉離子電池具有和鋰離子電池接近的電化學(xué)性能，綜合考慮鈉資源的儲量和價格，鈉離子電池被認(rèn)為是替代鋰離子電池作為下一代電動汽車動力電源及大規(guī)模儲能電站配備電源的理想選擇。
由于金屬鈉在充放電循環(huán)過程中，會在電極表面發(fā)生不均勻沉積，產(chǎn)生鈉枝晶，刺穿隔膜引起電池內(nèi)部短路而發(fā)生爆炸，且金屬鈉熔點較低，因此金屬鈉不適合用作鈉離子電池負(fù)極。在鋰離子電池上廣泛應(yīng)用的石墨負(fù)極材料，由于層間距不夠大，無法實現(xiàn)鈉離子的嵌入，也不能用作鈉離子電池負(fù)極材料。因此，探索和開發(fā)一種成本低廉且具有高比容量和高循環(huán)穩(wěn)定性的負(fù)極材料是鋰離子電池發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)之一。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本申請的一個方面，提供一種硫化鋅/石墨烯復(fù)合材料，其特征在于，包括硫化鋅介孔球和石墨烯，所述硫化鋅介孔球被石墨烯包覆。該材料中的硫化鋅介孔球包含豐富的介孔結(jié)構(gòu)，用作負(fù)極材料，不但可以增加電極材料和電解液的接觸面積，提高反應(yīng)速率，也可以緩解充放電循環(huán)過程中由于鈉離子嵌入和脫出導(dǎo)致的電極材料體積變化。通過石墨烯包覆可以極大改善硫化鋅作為半導(dǎo)體導(dǎo)電性差的特性，從而提高復(fù)合材料的電化學(xué)性能。
優(yōu)選地，所述硫化鋅/石墨烯復(fù)合材料由硫化鋅介孔球和石墨烯組成，所述硫化鋅介孔球被石墨烯包覆。
作為一種實施方式，所述硫化鋅介孔球的尺寸為80～120nm；所述硫化鋅介孔球含有孔徑3～5nm的介孔。
優(yōu)選地，所述硫化鋅/石墨烯復(fù)合材料中，硫化鋅的質(zhì)量百分比為70％～90％，石墨烯的質(zhì)量百分含量為10％～30％。
根據(jù)本申請的又一方面，提供所述硫化鋅/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，所述制備方法工藝簡單、能耗低、安全環(huán)保，適合工業(yè)化生產(chǎn)，能夠穩(wěn)定、高效地制備得到滿足應(yīng)用需求的硫化鋅/石墨烯復(fù)合材料。
所述硫化鋅/石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
1)獲得硫化鋅介孔球；
2)將含有所述硫化鋅介孔球和氧化石墨烯的混合物進行冷凍處理并干燥，得到氧化石墨烯包覆硫化鋅介孔球；
3)將所述氧化石墨烯包覆硫化鋅介孔球置于含有氫氣的氣氛中材料于350～450℃下進行還原處理，得到所述硫化鋅/石墨烯復(fù)合復(fù)合材料。
步驟1)中硫化鋅介孔球可以通過商業(yè)購買得到、根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的方法制備得到，或者所述鋅鹽硫化鋅介孔球由包括以下步驟的方法制備得到：將含有鋅源、硫源、明膠和水的混合物置于100～150℃下水熱晶化36～60小時得到。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)需要選擇合適的鋅源和硫源的種類。
作為一種實施方式，所述鋅源選自有機鋅鹽中的至少一種。優(yōu)選地，所述鋅源選自鋅的羧酸鹽；進一步優(yōu)選地，所述鋅源為乙酸鋅。
作為一種實施方式，所述硫源選自含有硫的有機化合物中的至少一種。優(yōu)選地，所述硫源為硫脲。
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