[发明专利]一种碳包覆硅和氧化锌复合电极材料的制备方法

说明书

本发明的一种碳包覆硅和氧化锌复合电极材料的制备方法属于锂离子电池负极材料的技术领域，主要步骤包括将CTAB、NaOH和EDA的乙醇溶液在搅拌下依次滴入Zn(AC)₂·2H₂O的乙醇溶液中形成淡黄色沉淀、加入SiO和多孔碳继续搅拌30min并加热8h、将沉淀物用氨水蚀刻洗涤至中性并干燥得到固体粉末、将粉末退火研磨。本发明制备的新型复合材料具有良好的电化学性能，用其制作的锂离子电池负极，具有良好的循环稳定性和较高的容量。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料的技术领域，涉及一种碳包覆硅和氧化锌复合电极材料及其制备方法。

背景技术

随着人们对开发绿色和高效率能源需求日益增加，具有高能量密度和长循环寿命的锂离子电池已经成为高效储能和转换的最重要的器件之一。选择具有高容量的新型阳极来取代常规石墨(理论容量372mAh/g),提高锂离子电池性能具有重要意义。氧化锌是一种多功能材料，其理论容量较高(978mAh/g)，且具有很高的锂离子扩散系数，所以备受关注。然而，充放电过程中体积的剧烈变化以及低的电子电导率，导致其具有较差的循环稳定性和低倍率性能，不利于在锂离子电池中的实际应用。

为了克服氧化锌阳极的缺点，人们已经做了大量的工作。研究表明，纳米结构设计可以显著地缓解体积膨胀，提高循环能力，使电子转移路径缩短，以获得更好的性能。此外，各种新型纳米结构碳材料，如石墨烯、碳纳米管和多孔碳都常被用来进一步提高氧化锌阳极的充放电效率和电导率。其中，多孔碳丰富的孔结构能提供优良的电子传输路径，并可缓冲体积膨胀，防止氧化锌纳米结构电极的聚集和粉碎。然而，多孔碳与纳米氧化锌复合结构的容量与氧化锌的理论容量(978mAh/g)仍存在很大差距。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服背景技术存在的不足，通过功能材料的选择和特殊结构的设计，提供一种容量高、循环性能稳定的新型锂离子电池负极材料及其制备方法。

本发明先是以向日葵秸秆为原料，利用水热法，经过活化和碳化，制得多孔碳，再通过在水热法制备氧化锌的反应前驱物中添加氧化硅和多孔碳粉。在水热过程中，氧化硅发生歧化反应，分解成二氧化硅包覆硅颗粒基质，氨水去除二氧化硅后，得到一种碳包覆硅和氧化锌复合电极材料，改善氧化锌的电极性能。

本发明的电极材料的具体技术方案如下。

一种碳包覆硅和氧化锌复合电极材料的制备方法，有以下步骤：

1)按摩尔比2.4:2:4:1取Zn(AC)₂·2H₂O、CTAB(十六烷基三甲基氨溴胺)、NaOH和EDA(乙二胺)，分别溶于乙醇中得到各自的乙醇溶液；

2)将CTAB、NaOH和EDA的乙醇溶液依次滴入Zn(AC)₂·2H₂O的乙醇溶液中，边滴加边搅拌，逐渐形成淡黄色沉淀；

3)将0.005g SiO和0.01g多孔碳加入步骤2)的溶液中继续搅拌30min，其中每mol乙二胺使用5g SiO和1g多孔碳，将悬浮液移至高压釜中，在180℃下加热8h，倒掉上清液，取出沉淀物；

4)将沉淀物用氨水蚀刻6h，用乙醇反复离心洗涤至中性，然后在60℃下干燥得到固体粉末；

5)将得到的固体粉末放入管式炉中，在氩气下500℃退火3h，研磨后得到碳包覆硅和氧化锌复合电极材料。

步骤3)中所述的多孔碳可以按下述方法制备：将向日葵秸秆海绵组织浸泡于水中，置于聚四氟乙烯衬底的高压釜中180℃加热24h，自然冷却到室温后，取出反应产物，经干燥得到碳前驱体，与KOH按质量比1:2配成混合液，静置6h，然后在60℃下干燥；将干燥后产物放入管式炉中，在氩气气氛下700℃退火2h，加热速率为5℃min^-1；用过量稀盐酸处理烧结后的粉末，再用蒸馏水洗涤至中性，干燥后得到多孔碳材料。