[发明专利]一种氮硫掺杂多孔碳球修饰ZnFe2

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，且公开了一种氮硫掺杂多孔碳球修饰ZnFe₂O₄的锂离子电池负极材料，ZnFe₂O₄纳米中空微球具有独特的纳米中空结构，比表面积更大，脱锂和嵌锂位点更多，以壳聚糖的氨基作为氮源，二硫代氨基甲酸基团作为硫源，通过高温热裂解和氢氧化钾刻蚀活化，得到氮硫掺杂多孔碳球修饰ZnFe₂O₄中空微球，作为锂离子电池负极活性材料，具有丰富的孔隙结构和超高的比表面积，有利于锂离子的传输和迁移，提高实际比容量，并且导电性能优异，促进充放电过程中电荷的迁移，同时多孔碳球的修饰作用，为ZnFe₂O₄纳米中空微球的体积膨胀提供缓冲层，避免ZnFe₂O₄纳米中空微球结构塌陷、粉化和溶解到电解液中，缓解了容量衰减。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体为一种氮硫掺杂多孔碳球修饰ZnFe₂O₄的锂离子电池负极材料及制法。

背景技术

锂离子电池具有充放电快速、无记忆效应、工作温度范围宽、绿色环保等优点，广泛应用于数码相机、移动电话、笔记本电脑等便携式电子产品中，为了进一步拓展锂离子电池在纯电动汽车和混合动力汽车等大型能源装置和系统中的应用，需要开发能量密度更高、循环性能更加温度的锂离子电池，锂离子电池主要由正极材料、负极材料、隔膜等组成。

目前商业化的负极材料为碳负极材料，但是碳负极材料的理论容量不高，限制了锂离子电池的实际应用，纳米级的过渡金属氧化物，如纳米Fe₃O₄、纳米Co₃O₄、纳米NiCo₂O₄、纳米ZnFe₂O₄等具有良好的脱锂、嵌锂位点，有利于锂离子的迁移，理论比容量较高，并且来源丰富，制备方法简单快捷，是一种被广泛研究的锂离子负极活性材料，但是ZnFe₂O₄的导电性能较差，不利于电子的迁移和负极材料的倍率性能，并且在脱锂和嵌锂过程中ZnFe₂O₄物质结构会发生较大改变，巨大的体积变化会破坏负极材料表面的SEI膜，导致电极活性材料粉化、脱落和溶解到电解液中，容量快速衰减，严重影响了负极材料容量保持率和循环稳定性能。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种氮硫掺杂多孔碳球修饰ZnFe₂O₄的锂离子电池负极材料及制法，解决了ZnFe₂O₄负极材料容量衰减快速，容量保持率较低，循环稳定性能较差的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种氮硫掺杂多孔碳球修饰ZnFe₂O₄的锂离子电池负极材料，所述氮硫掺杂多孔碳球修饰ZnFe₂O₄的锂离子电池负极材料制备方法如下所示：

(1)向反应瓶中加入乙二醇溶剂、氯化铁和氯化锌，搅拌均匀后加入醋酸钠和聚乙二醇，加热至40-60℃，匀速搅拌1-3h，将溶液倒入聚四氟乙烯反应釜，置于反应加热箱中，加热至190-210℃，反应8-12h，离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤并干燥，制备得到ZnFe₂O₄纳米中空微球。

(2)向反应瓶中加入质量分数为40-50％的氢氧化钠的甲醇溶液、壳聚糖进行溶胀，再加入二硫化碳的乙醇溶液，加热至40-50℃，匀速搅拌回流反应12-18h，减压蒸馏除去溶剂，使用乙醇洗涤并干燥，制备得到二硫代氨基甲酸化壳聚糖。