[发明专利]氧化锌/碳复合材料的制备方法及在锂离子电池上的应用

说明书

本发明公开氧化锌/碳复合材料的制备方法及在锂离子电池上的应用，包括步骤：1)称取质量比为(3～17)：1的碳源和锌源，向适量去离子水中加入锌源，配成溶液，再将碳源加入以上溶液，搅拌至形成白色胶状物，冷冻干燥后得白色粉末；2)将步骤1)得到的白色粉末移至真空管式炉中，在惰性气体保护下于400～950℃的温度下，煅烧3‑20h后，随炉冷却至室温，得黑色粉末，经多次洗涤、分离提纯，最终经冷冻干燥后得目标产物。采用本发明方法制备出了氧化锌/碳复合材料，所用的原料常见，制备简单，且所得产品杂质少，比表面积大，孔径分布均匀，易于大规模工业化生产；其作为锂离子电池负极材料，表现出了良好的电化学性能。

技术领域

本发明涉及氧化锌/碳复合材料的制备方法及在锂离子电池上的应用，属于锂离子电池负极材料技术领域。

背景技术

锂离子电池因具有电压高、自放电率低、体积小、重量轻、无记忆效应等性能，被广泛应用于便携式电器以及电动汽车中。但目前商业化锂离子电池所采用的负极材料几乎都是石墨材料，但石墨的理论容量只有370毫安·时/克，难以满足日益增长的大功率电子设备和电动汽车的长距离行驶需求，而且碳的电极电位与锂的电位很接近，当电池过充时，金属锂可能在碳电极表面析出，形成枝晶而引发安全问题。

作为过渡金属氧化物，氧化锌是一种常用的化学添加剂，被广泛地应用于塑料、硅酸盐制品、合成橡胶、润滑油、油漆涂料、药膏等产品的制作中。其理论容量高达978毫安·时/克`,具有高度化学稳定性和环境友好性，使其有望被用作锂离子电池负极材料。但氧化锌在充放电过程中，会形成ZnLi合金，导致严重的体积效应，使其容量急速衰减。

多孔碳是一类具有均匀发达孔结构的碳材料，具有较大的比表面积、良好的导电性以及结构稳定性。通过包覆氧化锌颗粒，不仅可以提高氧化锌导电性、改善其体积膨胀效应，同时碳材料也具有良好的储锂能力，因此能够极大的提高氧化锌材料的循环稳定性，具有良好的应用前景。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种氧化锌/碳复合材料的制备方法，所用的原料常见，制备步骤简单且可控性高。本发明还提供了该氧化锌/碳复合材料在锂离子电池上的应用。

为了实现上述目的，本发明采用的氧化锌/碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)称取质量比为(3～17)：1的碳源和锌源，向适量去离子水中加入锌源，配成溶液，再将碳源加入以上溶液，搅拌至形成白色胶状物，冷冻干燥后得白色粉末；

2)将步骤1)得到的白色粉末移至真空管式炉中，在惰性气体保护下于400～950℃的温度下，煅烧3-20h后，随炉冷却至室温，得黑色粉末，经多次洗涤、分离提纯，最终经冷冻干燥后得目标产物。

作为改进，所述锌源为二价锌盐，选自七水硫酸锌、无水氯化锌、六水硝酸锌或水合乙酸锌中的任一种。

作为改进，所述碳源采用高度水溶性聚合物，选自聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸中的任一种。

作为改进，所述步骤2)中的分离提纯采用离心或布氏漏斗抽滤，再用去离子水或无水乙醇反复洗涤。

本发明还提供了上述氧化锌/碳复合材料在锂离子电池上的应用，具体包括以下步骤：

1)按质量比为X:(9-X):1的比例分别称取氧化锌/碳复合材料、炭黑和聚偏氟乙烯，将聚偏氟乙烯加至N-甲基吡咯烷酮溶液中配成浓度为5％的粘合剂溶液，经过120min～200min磁力搅拌，得到无色透明溶液；

2)再将氧化锌/碳复合材料和炭黑混合，机械球磨60～180min后，加入步骤1)的无色透明溶液，继续球磨60～180min，得糊状混合物；

3)将步骤2)制得糊状混合物均匀涂布在洗净的电极片铜箔上；