[发明专利]多酚改性锌铁基异质结氧化物碳纳米锂离子电池负极复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种多酚改性锌铁基异质结氧化物碳纳米锂离子电池负极复合材料及其制备方法和应用。将铁源、锌源和碳源进行混合搅拌、离心，烘干后进行热处理获得ZnFe₂O₄/ZnO/C负极材料。本发明所述负极材料解决现有锂离子电池负极材料循环和倍率性能差，容量衰减快，电池极化严重以及充放电库伦效率低等问题。用本发明的ZnFe₂O₄/ZnO/C作为锂离子电池负极材料具有良好的循环稳定性、优异的倍率性能、小的电池过电位极化电压和高的充放电库伦效率等优异的电化学性能。

技术领域

本发明属于可充电电池材料领域，具体涉及一种多酚改性锌铁基异质结氧化物碳纳米锂离子电池负极复合材料及其制备方法。

背景技术

近年来，可充电电池、超级电容器、燃料电池、太阳能电池等新兴的电化学储能和转换技术受到越来越多的关注，并被认为是存储和利用这些清洁能源的手段。特别是可充电锂离子电池（LIBs）凭借其运行潜力大、能量密度大、重量轻、寿命长、效率高、环保等优点，在电力电子工程设备中得到了广泛的关注和发展。然而，在实际应用中，LIBs在容量、速率性能、循环寿命和安全性等方面还存在局限性。因此，提高能量存储和转换性能，合理设计和合成新的电极材料已成为研究的重大挑战。

近来，纳米结构的ZnO和三元锌基氧化物，如ZnMn₂O₄、ZnFe₂O₄、和ZnCo₂O₄，由于高容量，低成本和环境友好性等特性，将其作为锂电池的储锂材料引起了越来越多的兴趣。其中，ZnFe₂O₄是一种具有前景的阳极材料，这主要得益于其高的理论比容量（1072 mAh/g），但是，ZnFe₂O₄本质上仍存在电子电导率差，且在锂脱嵌过程中易出现强烈的体积变化，从而引起颗粒聚集，降低循环稳定性。上述缺点极大的限制了的实际应用。因此，常通过碳涂覆或掺杂石墨烯来进一步改进ZnFe₂O₄，改善其作为LIBs负极的电化学性能。但依旧无法解决充放电过程中有限的电导率和严重的体积变化问题。

单宁酸属于典型的葡萄糖棓酰基化合物，分子式为C₇₂H₅₂O₄₆，其多个邻位酚羟基结构，可以作为一种多基配体与金属离子发生络合反应，两个相邻的酚羟基能以氧负离子的形式与金属离子形成稳定的五元环螯合物。同时，单宁酸可作为刻蚀剂赋予MOFs材料高亲水性表面或调控孔结构，从而提高电极材料的电化学性能。因此，本发明以具有独特框架结构的ZIF-8为牺牲模板，通过简单混合搅拌、离心和热处理制备工艺，结合单宁酸改性获得纳米级ZnFe₂O₄/ZnO/C负极材料，将其作为锂离子电池负极材料，显示出良好的的循环稳定性和倍率性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多酚改性锌铁基异质结氧化物碳纳米锂离子电池负极复合材料（ZnFe₂O₄/ZnO/C）及其制备方法，克服目前锂离子电池负极材料普遍面临的循环和倍率性能差，容量衰减快以及充放电库伦效率低等问题；因此，开发了一种适用于锂离子电池的纳米级ZnFe₂O₄/ZnO/C负极材料，其具有高安全性、良好的循环稳定性、高容量保持率以及高的充放电库伦效率等优点。

为达到的上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种多酚改性锌铁基异质结氧化物碳纳米锂离子电池负极复合材料的制备方法是通过简单混合搅拌、离心和热处理制备工艺，获得纳米级ZnFe₂O₄/ZnO/C负极材料。

所述制备方法方法包括以下步骤：