[發明專利]一種鋰離子電池負極材料用ZnFe2

有效

• 申請號: 201911322453.5
• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN110931780B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 王飛;任小高;汪燕鳴;代漢文;徐曉寧
• 申請（專利權）人: 淮北師范大學
• 主分類號: H01M4/525
• 分類號: H01M4/525;H01M4/48;H01M10/0525
• 代理公司: 北京高航知識產權代理有限公司 11530
• 代理人: 李浩

本發明公開了一種鋰離子電池負極材料用ZnFe₂O₄納米立方體的制備方法，采用水和乙醇胺為溶劑體系，以六水硝酸鋅和七水硫酸亞鐵為原料，采用溶劑熱法一步反應制備ZnFe₂O₄納米立方體。本發明巧妙地使用水和乙醇胺作為反應溶劑即可制備出粒徑分布窄、形貌均一的納米立方體，該材料結構穩固，粒徑為200?350nm；電化學測試表明，該ZnFe₂O₄納米立方體具有優異的大電流充放電性能和循環壽命，在1A/g的高電流密度下循環1500次后可逆容量高達717mAh/g，遠高于商業石墨負極材料的理論比容量（372mAh/g）；制備方法反應體系簡單，無需使用表面活性劑，無需后續熱處理，一步反應便可得到產品；反應溶劑成本低，綠色環保；產品形貌可控，可重復性好，易于工業化生產。

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池負極材料的制備方法，具體涉及一種鋰離子電池負極材料用ZnFe₂O₄納米立方體的制備方法。

背景技術

鋰離子電池因其具有工作電壓高、充放電速度快且無記憶效應、環境友好等優點，已被廣泛用作小型電子產品的電源。近年來，隨著電動汽車的快速發展，亟需高功率和高能量密度的動力鋰離子電池。目前商業化的石墨類碳負極材料理論比容量僅為372mAh/g，而且快速充放電過程中容易形成“鋰枝晶”，造成電池短路引發安全問題，近年來，復合金屬氧化物因具有較高的理論比容量成為鋰離子電池研究的焦點，其中尖晶石型ZnFe₂O₄具有1000mAh/g的理論比容量，原料價格低廉，Fe和Zn在充電反應中能互相協同作用，擁有更好的電化學活性。然而，由于ZnFe₂O₄低的電導率以及循環過程中材料相變和巨大的體積變化容易引起材料粉化，導致大電流充放電性能和循環穩定性不高。

近期的研究成果表明，ZnFe₂O₄材料的形貌和顆粒尺寸顯著影響其電化學性能。不同形貌的ZnFe₂O₄，如多孔微米球、多孔分級結構、納米線、多孔棒等，已被制備出來，并用于鋰離子電池負極材料。但是，文獻已報道的ZnFe₂O₄制備方法普遍比較繁瑣，反應條件要求高，難以規模化生產；常需要使用表面活性劑和模板劑等，提高了生產成本還會造成環境污染。此外，已報道的ZnFe₂O₄多孔微納結構在循環過程中結構不夠穩定，而逐漸粉化導致材料的循環壽命普遍難以超過1000次，距離實用還有很大距離。

因此，需開發制備結構穩定、顆粒尺寸適中、長壽命ZnFe₂O₄負極材料的新方法。

發明內容

本發明的目的在于解決現有ZnFe₂O₄負極材料在循環過程中結構不夠穩定而逐漸粉化導致循環壽命較短；以及制備工藝復雜且耗時長，成本高，重復性差的技術缺陷，提供一種大電流充放電容量高、循環壽命長的ZnFe₂O₄納米立方體的簡便制備方法，能夠滿足動力鋰離子電池負極材料的需要。

為實現上述目的，本發明所采用的技術手段是：

一種鋰離子電池負極材料用ZnFe₂O₄納米立方體的制備方法，采用水和乙醇胺為溶劑體系，以六水硝酸鋅和七水硫酸亞鐵為原料，采用溶劑熱法一步反應制備ZnFe₂O₄納米立方體。

所述制備方法，具體步驟如下：

一、按量準確稱取六水硝酸鋅和七水硫酸亞鐵，加入到水和乙醇胺的混合溶劑中，攪拌得到均勻的懸濁液；

二、將步驟一得到的懸濁液轉移至水熱反應釜中，恒溫反應一段時間；