[发明专利]一种柿饼状核壳结构C/ZnO锂离子负极电极片制备方法及其扣式锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子负极材料技术领域，更具体地，涉及一种柿饼状核壳结构C/ZnO锂离子负极电极片制备方法及其扣式锂离子电池。

背景技术

能源和材料是支撑当今人类文明和保障社会发展最重要的物质基础。锂离子电池由于具有工作电压高，比能量高，无记忆效应，对环境无污染等显著特点而被广泛应用，如便携式仪器等电子装置小型轻量化的理想电源，电动汽车，手机等领域。激发了大量科研人员对锂离子负极材料的研究和探索，目前石墨材料的理论比容量只有375mAh/g,逐渐不能满足人类当今社会对电池的应用要求。

锂离子电池的负极材料主要是作为储锂的主体，在充放电过程中实现锂离子的嵌入和脱嵌。从锂离子的发展来看，负极材料的研究对锂离子电池的出现起到决定性作用。常见的锂离子电池负极材料，如石墨负极材料、钛系负极材料等，但石墨负极材料由于其电位与金属锂电极的电位很接近，所以当电池反复循环和过充时，石墨表面易析出金属锂,会因形成枝晶而短路，在温度过高时还容易引起热失控。钛系负极材料导电性能很差，且相对于金属锂的电位较高而量较低的特点。对于氧化物负极材料，如SnO2，MoS2和过渡金属氧化物，在这些材料中，过渡金属氧化物由于具备高容量和高安全性能，有望成为下一代高性能锂离子电池负极材料。

氧化锌(ZnO)用作锂离子电池负极材料时的理论容量可达978 mA·h/g。但块状ZnO用作锂离子电池负极材料时，电子传导率低，充放电过程中体积变化大，电接触损失大，与其他过渡金属氧化物相比，电化学性能较差。目前有很多研究工作通过对ZnO进行纳米化，在一定程度上解决了ZnO自身的结构带来的本征缺陷。将ZnO制备成一系列具有纳米结构的复合材料，如零维ZnO纳米结构、一维纳米结构、二维ZnO纳米结构，多维ZnO纳米结构以及棒状、球状等，虽然改变了ZnO固有的形貌结构，能够增大电接触面积，改善锂离子电池的循环性能。但是块状ZnO微米颗粒的锂离子插入距离较长，对锂离子的存储能力较低，初始放电容量较低。ZnO纳米结构在循环几次中，放电量出现明显下降，可逆容量低。因此，获得和保持ZnO电极材料高的可逆容量、良好循环性能和优异的倍率性能仍是一个很大的挑战。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服Zn和ZnO材料本身低的电子导电性和慢的锂离子扩散速率降低了材料的循环性能和倍率性能；此外，LiZn合金的形成带来了体积的显著变化，导致活性材料的粉碎和电子隔离，电池容量急剧衰减和差的循环性能。提供一种比容量高、循环性能好、充放电效率高且结构稳定的柿饼状核壳结构C/ZnO锂离子负极电极片制备方法。

本发明以无水乙醇、乙酸锌二水、乙醇胺、葡萄糖等为原料，采用简单的水热法，获得了具有高的可逆容量、良好的循环性能和倍率性能的柿饼状核壳结构C/ZnO锂离子负极电极片。

本发明还提供一种采用上述柿饼状核壳结构C/ZnO锂离子负极电极片制备扣式锂离子电池的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

提供一种柿饼状核壳结构C/ZnO锂离子负极电极片制备方法，包括以下步骤：

S1.配制实心碳球；

S2.将乙酸锌通过超声完全溶解到有机溶剂乙醇中，所述乙酸锌的浓度为0.02～0.1g/ml，然后依次加入乙醇胺、实心碳球，其中乙酸锌：乙醇胺：实心碳球的质量比为1～3:2.04～4.08～0.6～0.9，均匀搅拌6h后转移到反应釜中，在150～180℃下进行水热反应，反应时间为2～6h，反应完后离心得到黑色产物，并干燥；

S3.将干燥后的产物先以600～800℃煅烧，煅烧时间为2～6h，得到黑色产物，然后再以400～600℃煅烧，煅烧时间为2～6h，最终获得白色产物的柿饼状核壳结构C/ZnO锂离子负极材料；

S4.将步骤S3制备得到的柿饼状核壳结构C/ZnO锂离子负极材料作为负极活性材料，与粘合剂以质量比为95:50进行研磨，研磨时间为30～50s；

S5.然后加入NMP溶剂，继续研磨至均匀粘稠状，得到浆料；

S6.将步骤S5得到浆料均匀涂在铜箔中，采用真空干燥，除去电极片中的NMP得到电极片；

S7.将步骤S6中的电极片冲成直径为16mm的原片，得到柿饼状核壳结构C/ZnO锂离子负极电极片。