[发明专利]一种可用于锂电池负极的橄榄状氧化锌及壳核结构氧化锌-过氧化锌微米颗粒

说明书

技术领域：

本发明涉及半导体和锂电池材料领域，尤其是涉及特殊形貌特征的微纳米半导体材料及其合成方法。 

背景技术：

形貌、晶体结构和尺寸是决定氧化物功能材料物理和化学性质的重要因素。因此，合理的控制这些因素是获得高性能材料的关键，已经成为材料研究领域的热点。ZnO作为一种多功能半导体材料，已经成为国际关注的焦点。人们已经做了大量的工作，通过各种方法来调节它的形貌、尺寸和结构，以得到良好的物理和化学性能的材料。例如通过热蒸发、气相沉积、电沉积和模板引导等物理方法，制备了纳米线、纳米棒、纳米带、纳米管、纳米针、纳米桥、介孔多面体等等。同时还利用特殊的化学方法合成棒状、花状、六角片、环状、碗状、转子状和空心球等纳米、微米ZnO晶体。制备这些具有特定形貌的ZnO晶体，为其在高技术领域的应用奠定了材料基础。 

本发明的目的是在深入调研特殊形貌的ZnO晶体合成的基础上，提出了一种简单、易控制和操作的制备橄榄状ZnO及壳核结构ZnO/ZnO₂的方法。 

研究表明矿化剂LiCl可以有效控制类橄榄状ZnO的形成；通过H₂O₂处理，可以获得无机壳核结构ZnO/ZnO₂。 

橄榄状ZnO和无机壳核结构ZnO/ZnO₂的首次放电容量可分别达1018mAh/g和1240mAh/g。 

发明内容：

本发明提出了一种合成微纳米的类橄榄状ZnO材料的方法，目的在于制备 出结构稳定、粒度均匀、形貌易控制的特殊形貌的ZnO材料，并以此为基础，制备具有类橄榄状的ZnO/ZnO₂无机壳核结构。 

本发明采用简单的溶剂热方法制备类橄榄状ZnO微纳米晶体，具体过程如下：将Zn(NO₃)₂·6H₂O和LiCl·H₂O分别溶于一定量的无水乙醇中，然后将其混合，搅拌形成透明溶液后转入反应釜，加热至140-200℃，保温数小时。反应结束后，冷却到室温，过滤，收集，得类橄榄状ZnO晶体粉末。 

类橄榄状的ZnO/ZnO₂无机壳核结构的制备采用两步法。首先制备类橄榄状ZnO前驱体，然后重新将ZnO前驱体分散与蒸馏水中，加入一定量的H₂O₂，将悬浊液移入反应釜中，以不锈钢外衬密封后，在50-200℃反应数小时后，取出反应釜冷却到室温。所得的产物用蒸馏水抽滤、洗涤，然后室温干燥获得ZnO/ZnO₂无机壳核结构粉末。 

我们通过以上方法制备为直径为6～7μm，长约12μm的橄榄状ZnO粉末。该材料作为锂电池负极具有良好的首次充放电性能。首次充电容量为561mAh/g，放电容量为1018mAh/g。 

由上述方法获得的类橄榄状的无机壳核ZnO/ZnO₂粉末。ZnO和ZnO₂的比例为1∶1。作为锂电池负极，首次充电容量为274mAh/g，放电容量为1240mAh/g。 

附图说明：

图1为ZnO的x-射线衍射谱图。图2为橄榄状ZnO的扫描电镜照片。图3为ZnO/ZnO₂无机壳核结构粉末x-射线衍射谱图。图4为ZnO/ZnO₂无机壳核结构的扫描电镜照片。图5为橄榄状ZnO的首次充方电曲线。图6为ZnO/ZnO₂无机壳核结构的首次充方电曲线。 

具体实施方式：

实例1：将5.9498g(0.02mol)分析纯的带六个结晶水的硝酸锌和1.2082g (0.02mol)的一水氯化锂LiCl·H₂O加入到150mL无水乙醇中，搅拌溶解得到透明溶液。然后将所得溶液转入到反应釜中，密封，置于恒温箱中，160℃下保温12h，反应结束后，将反应釜自然冷却到室温，过滤、干燥、收集得到ZnO粉末。