[發明專利]鋰離子電池負極材料鎳酸鋅雙金屬氧化物的制備方法

有效

• 申請號: 202110541664.9
• 申請日: 2021-05-18
• 公開（公告）號: CN113363460B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 顏波;高林;陶華超;張露露;楊學林
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: H01M4/52
• 分類號: H01M4/52;H01M10/0525
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

本發明公開了一種鋰離子電池負極材料鎳酸鋅（ZnNi₂O₄）雙金屬氧化物的制備方法。采用溶劑熱和氧化處理兩步法合成，首先利用溶劑熱法制備ZnNi有機配體前驅物，然后通過低溫氧化熱處理前驅物，即可合成ZnNi₂O₄雙金屬氧化物。本發明制備的ZnNi₂O₄產物是由一次納米粒子構成的二次亞微球，其尺寸均勻，約為0.3μm，且微球粗糙多孔，具有較大的比表面積。當用作鋰離子電池負極時，ZnNi₂O₄材料疏松多孔結構縮短了離子的擴散傳輸路徑，增加了電解液接觸面積，表現出較好的倍率性能和循環穩定性。該制備工藝簡單易操作，批次穩定，重現性高，實用性強，有效拓展了雙金屬氧化物的制備方法和種類，具有廣闊應用前景。

技術領域

本發明屬于金屬氧化物微納米材料制備與應用領域，具體涉及到一種新型雙金屬鎳酸鋅（ZnNi₂O₄）化合物制備方法，主要用于可充電二次電池領域，尤其是鋰離子電池技術方向。

背景技術

面對環境污染和能源危機等嚴峻形勢，尋找清潔、可再生能源成為了國內外科研人員的普遍共識。鋰離子電池作為最具代表的清潔二次能源，其成功商業化快速革新了便攜式電子商品市場格局，并穩步向新興應用市場拓展，如電動汽車、電動助力車、電動汽艇、無人飛機等；然而，上述應用領域的出現對鋰離子電池的能量密度和功率密度提出了更為嚴苛的要求。眾所周知，作為鋰離子電池關鍵組件的正負極材料極大地制約著電池的綜合性能。當前，商業化石墨負極材料受脫嵌式反應機制限制，結構中可容納的鋰離子有限，導致其理論比容量僅為372 mAh g^-1，此嚴重阻礙了鋰離子電池能量/功率密度的提升。基于合金式或轉換式反應機制的金屬單質（如Zn、Sn、Sb、Bi等）或金屬化合物（如Co₃O₄、NiO、Fe₂O₃、MnO₂等）負極材料，因能夠與更多的鋰離子反應，故具有更高的理論比容量，其成功開發是改善鋰離子電池性能的重要途徑，此廣受研究者青睞且長期是鋰離子電池研究的熱門領域。特別是，自轉換反應機制問世以來，金屬氧化物得到了飛速發展，由最初的單金屬氧化物逐步向雙金屬氧化物過渡，主要源于雙金屬氧化物具有比單金屬氧化物更高的電子電導率和電化學活性，且兩種金屬發生轉化反應的電位不一致，使其結構存在自緩沖和自矩陣現象，這能夠有效緩解體積效應，展示出廣闊應用前景。注意到，國內外公開報道的鋰離子電池負極材料中，諸如ZnFe₂O₄（鐵酸鋅）、ZnCo₂O₄（鈷酸鋅）和ZnMn₂O₄（錳酸鋅）等雙金屬化合物屢見不鮮；但仍未見ZnNi₂O₄（鎳酸鋅）化合物材料制備或應用的相關報道。因此，開發一種簡單、有效、易拓展的方法用于合成ZnNi₂O₄化合物仍是一個巨大挑戰。

發明內容

本發明的目的在于提供一種新型雙金屬化合物ZnNi₂O₄材料制備與應用方法。本發明公開的制備方法簡單易操作，重現性強，極大地充實并豐富了雙金屬化合物的制備方法及種類；特別是，ZnNi₂O₄作為鋰離子電池負極材料表現出較好的電化學性能。

本發明解決技術問題所采用的技術方案是：將鋅鹽和鎳鹽按一定摩爾比溶于指定的溶劑中混合均勻，然后轉置于反應釜中密封并于指定溫度下反應一段時間，待自然冷卻后，經固液分離、洗滌、干燥后得到前驅體產物，最后通過低溫氧化熱處理前驅體即可獲得ZnNi₂O₄產物。

本發明所述的鎳酸鋅（ZnNi₂O₄）雙金屬氧化物材料制備方法，其特征在于：所述的鎳酸鋅雙金屬氧化物是一種純相化合物，利用溶劑熱法和氧化處理兩步法合成。