[發明專利]一種自組裝氧化鋅/磷酸鋅/碳復合材料、電極及其制備方法

有效

• 申請號: 201910723973.0
• 申請日: 2019-08-07
• 公開（公告）號: CN110534728B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 趙靈智;郭婭蕓
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;H01M4/62;H01M4/131;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 仵樂娟

本發明涉及一種自組裝氧化鋅/磷酸鋅/碳復合材料、電極及其制備方法，該制備方法中以鋅鹽、沉淀劑以及可口可樂作為原料，結合水熱反應以及煅燒制備出了包含有三維褶皺狀磷酸鋅/碳骨架，以及負載于三維褶皺狀磷酸鋅/碳骨架上的氧化鋅納米顆粒的復合材料。該復合材料用于電極中時，其三維褶皺狀磷酸鋅/碳骨架為導電緩沖體，負載的氧化鋅納米顆粒為主要活性物質，提高了整體電極的導電性和穩定性，具有良好的電化學性能。相對于其他與三維碳材料復合的電極，本發明性能優良，工藝簡單，成本低廉，具有規模化應用的潛力。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池領域，具體涉及一種自組裝氧化鋅/磷酸鋅/碳復合材料、電極及其制備方法。

背景技術

理論比容量低(約372mAh/g)的商業化碳類負極材料限制了鋰離子電池的進一步發展，不能滿足人們越來越高的需求。因此，尋找并制備高容量、長壽命及低成本的鋰離子電池負極材料，已經成為目前國際上研發高性能鋰離子電池材料重要的前沿方向。

過渡金屬氧化物(TMOs，M＝Fe，Co，Ni和Zn等)作為一種新型的負極材料已成為當下國際研究的熱點，而其中氧化鋅因為其理論比容量高(978mAh/g)、鋰離子擴散系數大、安全性好和儲量豐富等優點被認為是最有前景的負極材料之一。但其作為負極面臨著諸如電子傳導率低導致電極反應的可逆性不佳和充放電倍率性能差，活性物質劇烈的體積膨脹與粉化引發的容量衰減，充放電過程中固態電解質界面膜造成初期不可逆容量損失大以及制備成本高、周期長等問題。對此，研究者們一直致力于通過各種方式來改善氧化鋅作為電極的電化學性能，其中制備氧化鋅/碳復合材料是目前的研究重點，尤其是與機械性能良好的三維碳材料復合。

如中國專利申請第201711449883.4號公開了一種可用于鋰離子電池負極的氧化鋅/碳復合材料的制備方法。通過靜電紡絲技術獲得混合均勻的Zn(CH₃COO)₂/PVP納米纖維膜，將其灼燒后獲得的氧化鋅/碳復合材料的形貌為氧化鋅納米管與鏈狀碳相互交錯形成三維網狀立體結構。該發明得到的氧化鋅/碳復合材料在0.1C電流密度下，首次放電容量為826mAh/g，庫倫效率為96％。該發明產品制備設備成本高，不適合工業化生產。

如中國專利申請第201811004433.9號公開了一種用于鋰金屬負極的三維多孔碳包覆氧化鋅集流體的制備方法。通過噴霧干燥得到前驅體，后以乙炔為氣體碳源，煅燒得三維多孔碳包覆氧化鋅顆粒材料。該發明作為負極材料循環150圈后表現出穩定的電化學性能，但工藝復雜，綜合性能有待提高。

從上述內容可以看出雖然目前的研究已經取得了一些進展，但是這些方法中的大多成本昂貴，制作復雜耗時，不適合大規模制造和商業應用。我們需要找到一種相對簡單，有效和經濟的方法來制備與三維碳材料復合的氧化鋅電極并解決其面臨的問題。

發明內容

針對現有技術中存在的技術問題，本發明的首要目的在于提供一種自組裝氧化鋅/磷酸鋅/碳復合材料、電極及其制備方法。基于該目的，本發明至少提供如下技術方案：

一種自組裝氧化鋅/磷酸鋅/碳復合材料的制備方法，其包括以下步驟，

將一定量的鋅鹽以及沉淀劑溶解于溶劑中，攪拌分散形成反應溶液；

將上述反應溶液在80-120℃下進行水熱反應4-8小時，獲得前驅體；

干燥上述前驅體，然后將干燥后的前驅體置于惰性氣氛中在500-700℃下煅燒1-3小時，獲得自組裝氧化鋅/磷酸鋅/碳復合材料；

其中，所述溶劑包含磷酸以及糖類物質。

進一步的，所述溶劑為包含磷酸以及糖類物質的可口可樂。

進一步的，所述鋅鹽為二水合醋酸鋅，所述沉淀劑為六亞甲基四胺。

進一步的，所述反應溶液中，所述鋅鹽以及所述沉淀劑的濃度均為0.1摩爾/升。