[发明专利]一种锂离子电池负极材料C/ZnO/Cu复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种高容量锂离子电池负极材料C/ZnO/Cu复合材料的制备方法。

背景技术

如今，鼓励开发新能源成为众多国家的能源战略重点。锂离子电池以其优异的性能正成为新能源汽车动力电池中最有潜力的动力源之一。作为提高锂离子电池的能量和循环寿命的重要因素之一，锂离子电池负极材料在世界范围内得到了广泛的研究。

在诸多负极材料中，ZnO因其理论容量高(978mAh/g)、来源丰富、成本低和环境友好等优点，引起了研究人员的关注，被认为是具有潜力的锂离子电池负极材料之一。但是，ZnO负极材料导电率较低，并且在长时间充放电过程中体积膨胀，引起活性物质粉化脱落，使得容量迅速衰减、稳定性降低，这大大制约了其实际应用，因此，如何有效提高ZnO负极材料的循环稳定性是电极材料研发领域的一个重要课题。

为早日实现ZnO负极材料的实际应用，目前研究者们采取了很多策略，例如制备具有特殊形貌、结构的ZnO纳米材料，如ZnO量子点、纳米片、纳米棒和多级纳米花等。此外，研究结果表明碳包覆、金属掺杂等方式也能有效提高ZnO负极材料的循环稳定性。如在2013年12月11日公布的中国发明专利申请文件CN103441253中披露的“一种石墨烯/ZnO/聚苯胺材料及其制备方法和应用”，该申请文件中提及利用石墨烯片层结构以及聚苯胺柔性分子链特性可有效降低ZnO作为锂离子电池负极材料时的体积变化，从而提高复合材料在充放电过程中的循环稳定性。但是，该材料充放电比容量仍不理想，在循环使用数十次后容量既降至100mAh/g以下。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中氧化锌负极材料所存在的稳定性不佳、电容量迅速衰减的不足，提供一种用于锂离子电池负极材料的C/ZnO/Cu复合材料的制备方法。本发明方法制备的C/ZnO/Cu复合材料，具有高比容量、性能稳定的特点，实际应用潜力大。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种制备锂电池负极材料的方法，包括以下步骤：

(1)将锌盐和分散剂加入到乙二醇中，混合均匀，配制成锌盐浓度为0.01M-5M的溶液。将锌盐和分散剂溶解于乙二醇中，是提供醇解制备氧化锌微球的溶液条件，在溶液中锌盐水解成碱式结构，然后加热条件下分解得到氧化锌微球，微球表面被有机物包裹直接得到氧化锌前驱体。优选采用工业级锌盐作为原料。优选的锌盐和分散剂的摩尔比为1:3-1:6。

(2)将溶液转移至高压反应釜中，150℃-200℃保温反应8-20h，然后冷却至室温。锌盐在乙二醇中反应转化为氧化锌的过程比较温和，容易实现，最重要的是只需一次反应即可达到氧化锌前驱体样，可以直接和铜盐混合研磨。

(3)过滤，滤饼先用去离子水洗涤，然后用无水乙醇洗涤，然后将滤饼在80℃-120℃的鼓风烘箱中保温4-8h，得到干燥的ZnO前驱体。反应完成后，溶液中除了目标产物氧化锌外，还包括大量乙二醇、锌盐、分散剂等成分，这些成分都是易溶于水的成分，用去离子水进行冲洗可以快速的将未反应的底物除去，得到不溶性的氧化锌微球。然后再用无水乙醇冲洗除去去离子水冲洗过程中附着在氧化锌表面的水分，得到较为纯净的氧化锌前驱体。此时，将其放入烘箱中进行干燥，残留的无水乙醇快速挥发，最终得到纯净的氧化锌前驱体成品。优选的，滤饼冲洗过程中使用相对于反应溶液1～5倍体积的去离子水冲洗。优选的，使用无水乙醇冲洗的过程中使用相对于反应溶液1～3倍体积的乙醇进行冲洗。

(4)将ZnO前驱体和铜盐混合均匀，研磨，得到混合粉体。将氧化锌和铜盐混合研磨，保证氧化锌微球在铜盐中均匀分布，进而实现氧化锌和铜盐在后续的煅烧中形成均匀的稳定的导电体，以便于作为优良的负极材料使用。优选，在室温环境下研磨前述混合物料。

(5)混合粉体在惰性气氛的保护下煅烧，制得黑色碳修饰ZnO/Cu复合纳米材料。混合粉体在惰性气氛下进行煅烧，使得铜盐分解转化为铜单质和碳原子，最终和氧化锌组成C/ZnO/Cu复合材料。优选的，控制升温速率为2～5℃/min，煅烧得到黑色碳修饰ZnO/Cu复合纳米材料。