[發明專利]一種ZnNiO/C復合納米材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201910558590.2
• 申請日: 2019-06-26
• 公開（公告）號: CN110247041B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 呂建國;呂鑫勝;葛舒寧;郭憶聞;郭一川
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/52;H01M4/583;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 杭州宇信知識產權代理事務所(普通合伙) 33231
• 代理人: 梁群蘭

本發明公開了一種ZnNiO/C復合納米材料，其微觀形貌為呈蜂窩狀結構，蜂窩狀結構尺度為2.5~3.5μm，所述蜂窩狀結構為顆粒狀納米結構與層片狀結構交錯形成，并形成含有大量孔隙的多孔結構。本發明還公開了該ZnNiO/C復合納米材料的制備方法，以ZnCl₂和NiCl₂作為有機金屬框架化合物的金屬源，乙醇酸作為MOF材料的有機配體；合成含有鎳、鋅元素的MOF材料；之后再在石英管式爐中碳化得到ZnNiO/C復合納米材料。應用該材料為鋰離子電池電極材料，在600mA/g放電電流下循環500次之后，表現出30mAh/g高比容量，并有良好的循環穩定性。

技術領域

本發明涉及復合納米材料領域，尤其涉及一種鋰離子電池的復合電極材料領域及其制備方法。

背景技術

在環境污染日益嚴重，化石燃料逐漸枯竭的今天，在能源領域尋求能量密度高、使用壽命長、效率高、成本低、環境友好的儲能設備變得尤為重要。隨著便攜式電子設備和混合電動車的發展，對具有高能量高功率的電池需求日益迫切，目前有很多人都著眼于鋰離子電池的探索研究。

鋰離子電池一般在正極與負極中間填充電解液以形成離子游離的通道，用隔膜來分離正負極防止短路。當充電時由于電場作用鋰離子從正極中游出，游離在電液中穿過隔膜中的孔隙，到達負極發生反應；放電過程與此相反，鋰離子又回到正極，這就是鋰離子電池的充放電過程。鋰離子電池具有能量高密度、高電壓、壽命長、無記憶效應等優點。近些年逐漸替代鎳鎘電池、鎳氫電池，占據了消費電子領域大部分市場，且隨著制造工藝水平的提高，逐漸進入動力電池領域。

石墨是目前商業化應用最廣泛的鋰離子電池的負極材料。然而，石墨的理論容量逐漸不能滿足當今社會對電池的應用要求，特別是動力能源的高比容量需求。相比于石墨，ZnO儲存相當豐富，且具有較高的理論容量，被認為是一個有前途的鋰離子電池負極材料。氧化鋅是鋅的一種氧化物，難溶于水，可溶于酸和強堿，可應用于電池類產品的制作中，微顆粒的氧化鋅作為一種納米材料也開始在相關領域發揮作用。此外，Zn和Li的合金化與去合金化發生在合適電極電勢范圍，避免了充放電過程中鋰枝晶的形成，因此能有效提高電池的安全性能。

然而，Zn和ZnO材料本身低的電子導電性和較慢的鋰離子擴散速率同樣降低了材料的循環性能和倍率性能。此外，LiZn合金的形成帶來了體積的顯著變化，從而導致活性材料的粉碎和電子隔離，電池容量急劇衰減和較差的循環性能。

金屬-有機骨架配合物(MOF)，又稱為多孔配位聚合物(PCPs)，通常指金屬離子或金屬簇與有機配體通過自組裝過程形成具有周期性無限網絡結構的晶態材料，因此它兼備了有機高分子和無機化合物兩者的特點。作為一類新型的多孔材料，MOF因具有比表面積大、結構多樣性、孔道尺寸可調及骨架可修飾等優點。且MOF材料具有較大的孔結構，允許電解質快速擴散。然而低的導電率嚴重限制了其在能量存儲領域的應用，特別是純MOF材料直接作為電極用于能量存儲被受到限制。

發明內容

本發明旨在解決傳統氧化鋅鋰離子電池負極材料存在的由于充放電體積膨脹而導致的循環穩定性差問題。基于該發明目的，本發明提供了一種ZnNiO/C復合納米材料及其制備方法。

本發明提供了一種ZnNiO/C復合納米材料，其微觀形貌為呈蜂窩狀結構，蜂窩狀結構尺度為2.5~3.5μm，所述蜂窩狀結構為顆粒狀納米結構與層片狀結構交錯形成，并形成含有大量孔隙的多孔結構。

本發明還提供了制備上述ZnNiO/C復合納米材料的方法，包括步驟如下：

1）按照乙醇酸：六水合氯化鋅：六水合氯化鎳的摩爾比為2:1:1，先后向反應容器中加入乙醇酸、六水合氯化鋅和六水合氯化鎳，然后加入無水乙醇；

2）將步驟1）中的容器放入超聲混合儀中振動20 min至反應物混合均勻；