[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

说明书

本发明提供一种用于二次锌基电池的石墨烯/氧化锌负极材料，所述负极材料的组成为：氧化锌含量为75‑95wt.％，石墨烯含量为1‑20wt.％，添加剂的含量为0‑5wt％；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。本发明还提出所述负极材料的制备方法。基于石墨烯的优异物理性能和稳定的电化学性能，本发明提出的石墨烯/氧化锌复合物负极材料，具有制备方法简单、才能稳定的优点，用本发明提出的负极材料制备成的锌‑镍二次电池，循环性能稳定，比容量在400mAh/g以上。

技术领域

本发明属于电池材料领域，具体涉及一种锌基二次电池的负极材料、及其制备方法。

背景技术

当前对二次储能电池的开发中，二次碱性电池由于能量密度高，造价低廉，绝对安全，对环境没有危害等优点而引起了人们的重视。二次锌基碱性电池是指以锌或者氧化锌为负极，二氧化锰、氢氧化镍等为正极材料；以氢氧化钠或者氢氧化钾溶液为电解液，氧化锌为电解液添加剂的电池体系。其正负极材料都具有价格低廉的优点；且使用水性体系，具有安全环保的优点。

锌基二次碱性电池的负极材料一般由锌或者氧化锌制备成，由于锌单质在碱性溶液中的活性高，且在锌沉积过程中容易生成锌枝晶，刺穿隔膜，造成电池短路。近年来大多数都已经开始采用氧化锌颗粒作为负极材料使用，通过纳米化氧化锌颗粒，极大的提高了锌负极的可逆储能容量和循环容量保留量。当采用氧化锌作为负极材料时，绝缘性限制了其放电能量密度和功率密度。通过与炭材料进行复合是改善氧化锌作为负极材料是储能容量和功率密度的有效手段。

石墨烯是一种单原子层厚的碳材料，具有高导电性，柔韧性等，是一种优异的电极材料改性用碳材料。石墨烯被广泛的应用在锂离子电池正负极材料的改性上，在锌电池的改性上的应用还比较少见。由于石墨烯具有很高的比表面积，优良的化学、热稳定性，良好的导电性能和导热性能，优异的机械性能等性质，该材料在锌基二次电池中的应用还需进一步深入，以获得性能优异，价格低廉的锌基二次电池。

发明内容

基于石墨烯的优异物理性能，为了改善锌基电池负极的电化学性能，本发明开发一种以锌盐(氧化锌)为前驱体，以石墨烯(氧化石墨烯)为原材料，制备得到的石墨烯/氧化锌复合物。

本发明的另一目的是提出以所述石墨烯/氧化锌复合物为负极材料，制备成电极，组装所得的全电池。

实现本发明目的的技术方案为：

一种用于二次锌基电池的石墨烯/氧化锌负极材料，所述负极材料的组成为：氧化锌含量为75-95wt.％，石墨烯含量为1-20wt.％，添加剂的含量为0-5wt％；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。

优选地，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。

本发明提出所述的石墨烯/氧化锌负极材料的制备方法，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，获得氧化锌或锌盐/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。