[發明專利]一種鋰離子電池負極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910754186.2
• 申請日: 2019-08-15
• 公開（公告）號: CN110600692B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 林曉明;林佳;陳躍穎;蔡躍鵬
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/42;H01M4/525;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州駿思知識產權代理有限公司 44425
• 代理人: 吳靜芝

1.一種鋰離子電池負極材料，其特征在于：Zn-Co-ZIF、銅離子、碳納米管和泡沫銅復合而成,所述Zn-Co-ZIF與碳納米管復合形成Zn-Co-ZIF@CNTs，所述Zn-Co-ZIF@CNTs與所述銅離子進行離子交換形成Zn-Co-Cu-ZIF@CNTs，所述Zn-Co-Cu-ZIF@CNTs原位生長在所述泡沫銅上形成前驅體Zn-Co-Cu-ZIF@CNTs/CF，將所述前驅體Zn-Co-Cu-ZIF@CNTs/CF在氮氣氣氛中煅燒獲得所述鋰離子電池負極材料Cu_0.39Zn_0.14Co_2.47O₄-CuO@CNTs/CF。

2.一種鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1、制備Zn-Co-ZIF@CNTs：將氫氧化鈉溶液滴入至2-甲基咪唑溶液中，加入十六烷基三甲基溴化銨和十二烷基硫酸鈉后超聲處理形成溶液A；將Co(NO₃)₂溶液、Zn(NO₃)₂溶液和碳納米管混合超聲處理形成溶液B；將所述溶液B快速倒入溶液A中，并通過微波輔助法反應，再通過離心、洗滌、干燥獲得Zn-Co-ZIF@CNTs；

S2、制備Zn-Co-Cu-ZIF@CNTs：將步驟S1所得的Zn-Co-ZIF@CNTs粉末加入至Cu(CH₃COO)₂溶液進行離子交換反應，再通過離心、洗滌、干燥獲得Zn-Co-Cu-ZIF@CNTs；

S3、制備Zn-Co-Cu-ZIF@CNTs/CF：將步驟S2所得的Zn-Co-Cu-ZIF@CNTs分散在甲醇溶液中，加入預處理的泡沫銅進行溶劑熱沉積反應，再通過離心、洗滌、干燥獲得前驅體Zn-Co-Cu-ZIF@CNTs/CF；

S4、制備Cu_0.39Zn_0.14Co_2.47O₄-CuO@CNTs/CF：將步驟S3所得的前驅體Zn-Co-Cu-ZIF@CNTs/CF放入管式爐中，在保護氣氛中煅燒，獲得Cu_0.39Zn_0.14Co_2.47O₄-CuO@CNTs/CF。

3.根據權利要求2所述的鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于：步驟S1中，所述微波輔助法的反應條件為：溫度45-55℃，反應時間3-7min。

4.根據權利要求2所述的鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于：步驟S2中，所述離子交換反應的條件為：室溫下攪拌反應20-28h。

5.根據權利要求2所述的鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于：步驟S3中，所述泡沫銅的預處理步驟為：將泡沫銅切成直徑為12mm的圓片，再分別浸入丙酮、鹽酸和去離子水中進行超聲處理，干燥備用。

6.根據權利要求2所述的鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于：步驟S3中，所述溶劑熱沉積反應的反應時間為10-20h。

7.根據權利要求2所述的鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于：步驟S4中，所述保護氣氛為氮氣；煅燒溫度為550-650℃，其中，升溫速率為2℃min^-1；煅燒時間為1-3h。

8.根據權利要求2所述的鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于：步驟S1、S2、S3中，離心的條件為7000rpm轉速下離心5min。

9.一種鋰離子電池，其特征在于：包括工作電極、隔膜、電解液和鋰片，所述工作電極通過權利要求2-8任一項所述的制備方法制得，所述隔膜為Celgard2400膜，所述電解液為LiPF₆。