[发明专利]用于锂金属负极的三维多孔碳包覆氧化锌集流体的制备方法

说明书

本发明涉及一种用于锂金属负极的三维多孔碳包覆氧化锌集流体的制备方法，包括下列步骤：制备前驱体:将碳源、锌源和盐模板加入去离子水中充分溶解，进行喷雾干燥得到前驱体。制备三维多孔碳包覆氧化锌颗粒材料：将驱体放入石英舟中置于炉膛内，以1～10℃的升温速度升温至300～500℃，保温1～2h，然后再通入10～50ml/min乙炔作为气体碳源，将炉温升至500～750℃，保温0.5～2h，反应结束后冷却至室温，得到煅烧产物，收集煅烧产物，水洗至煅烧产物中没有氯化钠为止，烘干后得到三维多孔碳包覆氧化锌颗粒材料。三维多孔碳包覆氧化锌集流体的制备。

技术领域

本发明属于锂金属电池电极材料技术领域，具体涉及一种三维多孔碳包覆氧化锌集流体的制备方法，能有效抑制锂金属沉积脱附过程中的体积膨胀问题和锂枝晶的产生以及进一步产生死锂造成电池容量衰减的问题。

背景技术

随着人类社会的不断发展，能源紧缺问题和环境污染问题日益严重，人们对能源存储材料提出了更高的要求，然而现代商业化的锂离子电池受制于其工作原理和材料，已经不能满足人们的储能需求。而锂金属电池具有理论比容量高(3860mAh g^-1)、标准电位低(-3.04V)、密度低(0.53gcm^-3)等优点，是下一代最有望商业化的二次电池之选。但是锂金属作为负极材料在充放电过程中，锂的沉积脱附会引发极大的体积膨胀从而破坏电池结构，而且锂的不均匀沉积会导致大量锂枝晶的产生，这些锂枝晶持续生长会刺破电池隔膜造成电池短路，而且这些枝晶在充放电过程中还有可能断裂形成死锂，而不能用于后续的循环过程，使得电池的容量衰减，这些因素导致锂金属电池距离其商业化还有一定距离。

因此，抑制锂沉积脱附过程中的体积膨胀和锂枝晶的产生是保持锂金属电池循环稳定性的重要途径。近年来人们发现提高材料的比表面积，可以降低材料的有效电流密度，使得电流更加均匀从而抑制锂枝晶的产生；添加形核种子可以使锂均匀沉积，避免电流不均匀现象从而抑制锂枝晶的产生；封装结构一方面可以限制锂金属的体积膨胀，另一方面可以禁锢锂金属来避免死锂的产生，这些手段都可以有效提高电池的循环性能。

因此将这些手段有效的结合，利用各种解决方案的优势，做出具有大比表面积的三维碳骨架负载金属氧化物颗粒，并用碳层对其进行包覆封装，提高三维多孔集流体和锂金属的结合力，使锂的沉积更加均匀，有效抑制锂沉积脱附的体积膨胀和死锂的脱出，最终得到优异电化学性能的锂金属电池负极材料。

发明内容

本发明拟解决的技术问题是，提供一种可有效抑制锂金属体积膨胀和锂枝晶产生的三维多孔碳包覆氧化锌集流体，并将其用于锂金属电池，该C@ZnO复合材料制备方法工艺过程简单，成本低廉，适合工业化生产，将其用于锂金属负极，可有效提高电池的循环稳定性。

一种用于锂金属负极的三维多孔碳包覆氧化锌集流体的制备方法，包括下列步骤：

1)制备前驱体

以蔗糖、葡萄糖、柠檬酸、淀粉中的一种或几种混合为碳源，以醋酸锌或硝酸锌为锌源，以氯化钠为盐模板，以锌源中的锌原子与碳源中的碳原子摩尔比为1：(10～100)，以锌源中的锌与氯化钠的摩尔比为1：(50～500)计，将碳源、锌源和盐模板加入去离子水中充分溶解，进行喷雾干燥得到前驱体。

2)制备三维多孔碳包覆氧化锌颗粒材料

将上一步骤制得的前驱体放入石英舟中置于炉膛内；以N₂、He或Ar中的一种或混合气体作为惰性气体源，再以惰性气体作为载气，流量固定在50～500ml/min，以1～10℃的升温速度升温至300～500℃，保温1～2h，然后再通入10～50ml/min乙炔作为气体碳源，将炉温升至500～750℃，保温0.5～2h，反应结束后冷却至室温，得到煅烧产物，收集煅烧产物，水洗至煅烧产物中没有氯化钠为止，烘干后得到三维多孔碳包覆氧化锌颗粒材料。

3)三维多孔碳包覆氧化锌集流体的制备