[发明专利]一种锌基电池用负极材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种锌基电池用负极材料，所述负极材料为石墨烯片层包覆氧化锌颗粒的结构，负极材料中氧化锌的质量占比为60～95％；石墨烯片层的厚度为0.5～10nm，石墨烯的平面尺寸为500nm～50μm。本发明还提出所述负极材料的制备方法。本发明采用价格低的氧化锌或其前驱体盐和氧化石墨烯为原料；利用简单的水热法、溶剂热法或共沉淀法制备出具有石墨烯包覆氧化锌结构的锌基电池用负极材料。使用石墨烯包覆氧化锌复合材料作负极组装的锌基电池具有1.2～1.8V输出电压；所得石墨烯包覆氧化锌复合材料用作锌基电池负极材料时的比容量大，具有超好的循环性能。

技术领域

本发明属于碳材料制备领域，具体涉及一种石墨烯的制备方法。

背景技术

随着环境污染的日益加剧和化石能源的日渐枯竭，可持续发展对新型可再生能源的要求正在不断提高。其中，可充电锌基电池以其优异特性，而成为电动汽车、应急能源、储能电站等储能设备的首选，也是未来空间技术及高端储能系统的理想潜在电源系统。可充电锌镍电池主要由正极、负极、隔膜和电解液构成，而具有高的电荷存储密度、快速充放电特征、良好的充放电效率和高循环寿命以及低成本的可充电锌基电池用新型负极材料的制备是目前此研究方向最具活力的分支之一。

氧化锌作为锌基电池常用负极材料具有原料易获得、价格低廉、环境友好的优点，是研究最为广泛的锌基电池负极材料。但是氧化锌在碱性环境下稳定性差，易溶解、变形，充放电过程中易形成支晶，且导电性差的缺点，使得其作为锌基电池负极材料存在比容量低、循环稳定性差的缺点。因此，当今此领域的研究集中在高容量、高功率、长寿命、低成本新型锌基电池负极材料的研究、开发和制备技术上。

石墨烯是一种新型的二维材料，具有比表面积大、导电性好、结构稳定等优点，近年来受到储能领域的广泛关注。而石墨烯包覆氧化锌具有电导率高、比表面积大、稳定性好的优点，能有效抑制氧化锌溶解和变形，同时能有效分散充放电电流，降低面电流密度，从而抑制支晶形成，进而提高循环稳定性。因此将其作为锌基电池负极材料将表现出高的比容量、高倍率性能、长循环寿命。但目前石墨烯包覆氧化锌有限的制备方法有限的制备方法仍限制其实际应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有石墨烯生产方法的产率低、污染大、工艺复杂等不足之处，提供一种生产成本低、环境友好、产量高且适于工业化生产的液相剥离制备石墨烯的方法。

实现本发明目的的技术方案为：

一种锌基电池用负极材料，所述负极材料为石墨烯片层包覆氧化锌颗粒的结构，负极材料中氧化锌的质量占比为60～95％；石墨烯片层的厚度为0.5～10nm，石墨烯的平面尺寸为500nm～50μm。

本发明提出的包覆结构以氧化石墨烯(石墨烯)和氧化锌(或氧化锌前驱体)为原料，通过水热法、溶剂热法或共沉淀法制备而成。该复合材料用作锌基电池负极材料时，可逆容量为300～650mAh/g。

本发明所述锌基电池用负极材料的制备方法，包括步骤：

(1)含锌化合物与石墨材料均匀分散在水和/或有机溶剂中，然后在常压反应器或水热釜内进行反应，反应温度为25～300℃，其中含锌化合物与石墨材料的投料质量比为0.8～12:1；

所述含锌化合物为氧化锌或氧化锌前驱体，所述氧化锌前驱体选自锌盐、锌基水滑石、含锌有机物中的一种；所述石墨材料为石墨烯或氧化石墨烯；所述的有机溶剂为乙醇、丙醇、乙二醇、异丙醇、甲基吡咯烷酮中的一种或多种的组合；所述反应为水热反应、溶剂热反应、共沉淀反应中一种或多种；

(2)采用选自真空干燥、冷冻干燥以及超临界干燥法中的任一种干燥法对步骤(1)的产物体系进行干燥。