[发明专利]一种胶囊结构ZnO/C纳米复合微球材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种胶囊结构ZnO/C纳米复合微球材料的制备方法和应用，该方法为：对氯化锌、间苯二酚、甲醛和盐酸的混合水溶液进行水浴加热，使其反应生成凝胶，凝胶充分干燥后，先经空气气氛煅烧，再经氩气气氛碳化制得产物。所述胶囊结构ZnO/C纳米复合微球材料用于锂离子电池负极材料时，其胶囊微球结构可有效抑制ZnO活性材料的粉化失效、减少固态电解质界面(SEI)膜的产生并改善电极反应动力学性能，从而提高材料的循环稳定性、库仑效率和高倍率容量。

技术领域

本发明涉及锂离子电池电极材料领域，具体涉及一种胶囊结构ZnO/C纳米复合微球材料的制备方法和应用。

背景技术

作为新能源领域的重要储能器件，锂离子电池因其高能量密度、高功率密度和长循环寿命等优势而得到了迅速的发展，目前已经在二次电池市场上占据了主导地位，在电子产品、电动汽车及电池储能电站等领域得到了非常广泛的应用。

电极材料的性能决定着锂离子电池的性能。在负极材料方面，商业化的锂离子电池所用的石墨材料容量较低（理论容量仅372 mAh/g），经过多年的发展，其实际容量几乎已被发挥到了极限，要使锂离子电池的能量密度得到进一步的提升，就必须研发新型的负极材料。

氧化锌作为一种典型的过渡金属氧化物，是一种新型的锂离子电池负极替代材料。氧化锌的理论容量高达988 mAh/g，远高于传统的石墨类材料，表现出很大的应用潜力，但目前氧化锌负极材料还存在一些问题没有得到很好的解决，严重制约了它的商业化应用。氧化锌材料在锂化过程中会产生极大的体积膨胀，不仅使材料粉化失效，导致其容量一般在循环初期就急剧衰减；还使材料不断产生新界面，持续性产生固态电解质界面（SEI）膜，同时消耗锂和电解液，导致库仑效率低下。

为了改善氧化锌材料的电化学性能，目前常用的手段包括纳米结构化和复合化等。氧化锌材料被设计成各种不同的纳米结构，同时与碳、金属等导电性组分形成复合材料。跟常规的氧化锌粉体材料相比，这类纳米复合材料在库仑效率、循环稳定性与高倍率容量等方面可得到一定程度的提高。然而，跟其它过渡金属氧化物负极材料相比，氧化锌材料在改性方面所取得的进展相对较小。

发明内容

本发明提出了一种胶囊结构ZnO/C纳米复合微球材料的制备方法和应用，所述材料具有循环稳定性好、库仑效率高以及高倍率容量大等优点，所述制备方法简单，成本低廉。

所述胶囊结构ZnO/C纳米复合微球材料的制备方法，其步骤如下：

(1) 在搅拌条件下，配制氯化锌、间苯二酚、甲醛和盐酸的混合水溶液，溶液中氯化锌、间苯二酚、甲醛和盐酸的浓度分别为0.05~1.0 mol/L、0.2~1.0 mol/L、0.4~2.0 mol/L和0.01~0.2 mol/L，在75~95 ^oC的水浴条件下反应1~6 h后制得凝胶，再经烘干制得干凝胶；

(2) 将干凝胶置于空气气氛中煅烧，煅烧温度为350~400 ^oC，升温速率为1~5 ^oC/min，煅烧时间为2~10 h；

(3) 将步骤(2)所得产物在氩气气氛中煅烧，煅烧温度为700~1000 ^oC，煅烧时间为2~5 h，制得胶囊结构ZnO/C纳米复合微球材料。

所述胶囊结构ZnO/C纳米复合微球材料中，所含ZnO的质量分数为70%~95%，所含无定形C的质量分数为5%~30%；材料具有胶囊微球结构，由C球壳及其内部填充的ZnO纳米颗粒构成；微球的平均直径为0.5~5.0 μm，其中C球壳的平均厚度为10~300 nm，ZnO纳米颗粒的平均尺寸为20~100 nm。

本发明的有益效果在于：