[发明专利]用于二次锌基电池的石墨烯/氧化锌负极材料及其制备

权利要求书

1.一种用于二次锌基电池的石墨烯/氧化锌负极材料，其特征在于，所述负极材料的组成为：氧化锌含量为80-95wt.％，石墨烯含量为5-20wt.％，添加剂的含量为1-4wt％，所述添加剂为氧化铋、氧化铟、氧化锡中的一种或几种；材料中氧化锌颗粒均匀分散于三维网络的石墨烯中，所述负极材料具有分级的孔隙结构，孔径分布为5纳米-500微米；

所述负极材料由如下步骤制备：

S1：

S11：取一定质量的氧化石墨烯或石墨烯加入至一定量的溶剂中，放入超声波清洗机中进行超声处理，获得均匀分散的氧化石墨烯或石墨烯悬浮液；S12：在所得悬浮液中加入一定量的锌盐或氧化锌，搅拌分散均匀；

S2：将上述分散均匀的混合液转移至水热反应釜中，在80-250℃中反应1-24h，反应结束待自然降温至室温，然后分离出复合产物，采用水和乙醇清洗数次，然后进行干燥处理，获得氧化锌/石墨烯或氧化石墨烯复合材料；

S3：将步骤S2所得复合材料在惰性气氛下进行锻烧处理，煅烧温度为200～800℃，锻烧结束后冷却至室温，即获得氧化锌/石墨烯负极材料；

步骤S11中所述溶剂为水，氧化石墨烯或石墨烯按照质量体积比1-3mg：1mL加入水中，超声处理的时间为0.5-2小时；

步骤S1还包括S13：在所得混合液进一步加入添加剂前驱体或添加剂，搅拌至溶解；所述添加剂前驱体为铋盐，铟盐，锡盐中的任意一种或者几种，其中铋盐包括氯化铋，硫酸铋，乙酸铋，硝酸铋；所述铟盐包括氯化铟，硫酸铟，乙酸铟，硝酸铟；所述锡盐包括氯化锡，硫酸锡，乙酸锡，硝酸锡。

2.权利要求1所述的石墨烯/氧化锌负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：

S11：取一定质量的氧化石墨烯或石墨烯加入至一定量的溶剂中，放入超声波清洗机中进行超声处理，获得均匀分散的氧化石墨烯或石墨烯悬浮液；S12：在所得悬浮液中加入一定量的锌盐或氧化锌，搅拌分散均匀；

S2：将上述分散均匀的混合液转移至水热反应釜中，在80-250℃中反应1-24h，反应结束待自然降温至室温，然后分离出复合产物，采用水和乙醇清洗数次，然后进行干燥处理，获得氧化锌/石墨烯或氧化石墨烯复合材料；

S3：将步骤S2所得复合材料在惰性气氛下进行锻烧处理，煅烧温度为200～800℃，锻烧结束后冷却至室温，即获得氧化锌/石墨烯负极材料；

步骤S11中所述溶剂为水，氧化石墨烯或石墨烯按照质量体积比1-3mg：1mL加入水中，超声处理的时间为0.5-2小时；

步骤S1还包括S13：在所得混合液进一步加入添加剂前驱体或添加剂，搅拌至溶解；所述添加剂前驱体为铋盐，铟盐，锡盐中的任意一种或者几种，其中铋盐包括氯化铋，硫酸铋，乙酸铋，硝酸铋；所述铟盐包括氯化铟，硫酸铟，乙酸铟，硝酸铟；所述锡盐包括氯化锡，硫酸锡，乙酸锡，硝酸锡。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯为采用乳化切割和强超声结合的方法机械剥离石墨片获得；所述氧化石墨用改进的hummers’法制备，具体为：将石墨片和硝酸钠混合均匀，加入浓硫酸，在低于4℃条件下缓慢加入KMnO₄，并在低于4℃温度下搅拌反应1h，然后升温至30～40℃反应0.5～1h，然后缓慢加入去离子水，待去离子水完全加入后加热至沸腾，并保持反应30min；其中石墨片、硝酸钠、浓硫酸、KMnO₄，的质量比为1：0.1～0.8：20～50：2～4。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S12中所述溶剂为水，所述的锌盐选自下组中的一种：氯化锌或其水合物、硫酸锌或其水合物、乙酸锌或其水合物、硝酸锌或其水合物；锌盐和溶剂的质量体积比为1～5g：100mL。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述添加剂前驱体为铋盐、铟盐、锡盐中的二种，两种盐的质量比例为0.5～2：1；添加剂前驱体与溶剂的质量体积比为1～50mg：100mL。

6.含有权利要求1所述石墨烯/氧化锌负极材料的电池，其特征在于，所述负极材料用于电池负极，所述电池为锌基二次电池。

7.根据权利要求6所述的电池，其特征在于，电池的负极通过以下方法制备：权利要求1所述石墨烯/氧化锌负极材料、黏合剂、导电剂混合后，涂布在镀锡铜网上，真空干燥后获得石墨烯/氧化锌负极。