[發(fā)明專利]一種多孔鉬酸鋅/氧化鋅/石墨烯復合材料的制備方法及其應用于鋰離子電池負極

有效

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• 申請日: 2021-11-04
• 公開（公告）號: CN114203983B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發(fā)明（設計）人: 陳耀;沈小平;季振源
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/58;H01M4/583
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明屬于納米復合材料制備技術領域，涉及多孔鉬酸鋅/氧化鋅/石墨烯復合材料的制備方法，包括：將三(羥甲基)氨基甲烷鹽酸鹽和陽離子聚電解質分別溶解在氯化鈉溶液中，加入氧化石墨烯分散液，攪拌、離心分離、洗滌后，將沉淀物超聲分散于去離子水中，得到濃度為1～3mg/mL的陽離子聚電解質改性的氧化石墨烯分散液；先后加入鋅鹽溶液和八氰基合鉬酸鉀溶液，攪拌、離心分離、洗滌、凍干；置于惰性氣體中煅燒后即得。本發(fā)明利用離子交換?熱還原兩步方法，操作工藝簡單易行，反應時間短且環(huán)保安全，通過調節(jié)氧化石墨烯的用量和煅燒溫度等因素，制得多孔鉬酸鋅/氧化鋅/石墨烯復合材料，作為鋰離子電池負極材料表現出優(yōu)異的電化學儲鋰性能。

技術領域

本發(fā)明屬于納米復合材料制備技術領域，涉及復合電極材料，特別涉及一種多孔鉬酸鋅/氧化鋅/石墨烯(Zn₂Mo₃O₈/ZnO/graphene)復合材料的制備方法及其應用于鋰離子電池負極。

背景技術

隨著能源危機和環(huán)境問題的日益嚴重，可再生能源的高效利用對于可持續(xù)發(fā)展來說至關重要。開發(fā)低成本、先進的大規(guī)模能源儲存與轉化設備顯得尤為迫切。鋰離子電池(LIBs) 是目前被研究非常廣泛的電池技術，具有能量密度高、安全性好、無記憶效應、循環(huán)壽命長等優(yōu)勢，廣泛應用于便攜式電子產品領域。近年來新能源汽車市場已成為全球鋰電產業(yè)高速發(fā)展的主要動力。然而，采用插層式正極和石墨負極的商用鋰離子電池正在接近其基本極限，主要是在比容量方面。因此，建造具有更高能量密度、更高安全性、更低成本和更長循環(huán)壽命的下一代鋰離子電池正引起世界各國的極大關注。

目前，商業(yè)石墨負極提供了相當低的重量/體積容量(372mA h·g^-1和735mA h·cm^-3)，還限制了商用鋰離子電池系統(tǒng)的能量密度(Wh·kg^-1和Wh·L^-1)。為此，有必要開發(fā)先進的負極材料，包括多種轉換型和合金型高容量負極材料，以滿足提高能量密度的可充電電池的市場需求。高容量轉換型負極材料，如過渡金屬氧化物，在重量和體積意義上都表現出比石墨負極更高的理論容量。然而，金屬氧化物導電性差、在連續(xù)的充放電過程中體積變化大，易導致電池循環(huán)穩(wěn)定性低、倍率性能差等問題，極大地限制了此類材料的實際應用。據研究報道，可以從微納結構設計和組份調控兩方面全面提升金屬氧化物的儲鋰性能：利用中空/ 多孔納米結構緩解嵌鋰/脫鋰過程中電極材料的體積膨脹；與導電性良好的碳材料(如碳納米管和石墨烯)進行復合，提高氧化物電極的導電性和結構穩(wěn)定性，利用雙金屬協(xié)同改善材料的電化學性能。因此，有望通過混合金屬氧化物與石墨烯的組合改善金屬氧化物負極的循環(huán)和倍率性能。

發(fā)明內容

針對上述現有技術中存在的不足，本發(fā)明目的在于提供一種多孔鉬酸鋅/氧化鋅/石墨烯 (Zn₂Mo₃O₈/ZnO/graphene)復合材料的制備方法。

技術方案

一種多孔鉬酸鋅/氧化鋅/石墨烯復合材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將氧化石墨超聲分散于去離子水中，得到1～3mg/mL的氧化石墨烯分散液；

(2)將三(羥甲基)氨基甲烷鹽酸鹽和陽離子聚電解質分別溶解在氯化鈉溶液中，再加入氧化石墨烯分散液，攪拌10～14h后，優(yōu)選12h，離心分離、去離子水洗滌后，將沉淀物再超聲分散于去離子水中，得到濃度為1～3mg/mL的陽離子聚電解質改性的氧化石墨烯分散液，其中所述陽離子聚電解質、三(羥甲基)氨基甲烷鹽酸鹽和氯化鈉的質量比為25:3～5:2，優(yōu)選25:4:2，氯化鈉溶液和氧化石墨烯分散液的體積比為12:5～9，優(yōu)選12:7；

(3)多孔鉬酸鋅/石墨烯復合負極材料的制備；

(3-1)將鋅鹽加入去離子水中，攪拌溶解得0.01～0.15mol/L的溶液a，優(yōu)選0.1mol/L；