[发明专利]中空片状氧化锌/四氧化三钴异质结、电极、锂离子电池及其制备方法

说明书

本发明涉及中空片状氧化锌/四氧化三钴异质结、电极、锂离子电池及其制备方法，该方法以锌源、钴源以及有机配体为溶质，以去离子水为溶剂进行共沉淀反应，收集沉淀、烘干，得到Zn‑Co‑ZIF片状前体，将该片状前体置于空气气氛中，以一定的升温速度加热至煅烧温度，恒温保持一段时间，从而获得中空片状氧化锌/四氧化三钴异质结。以获得的氧化锌/四氧化三钴异质结制备电极材料，并用于锂离子电池，呈现出了优异的电化学性能。

技术领域

本发明涉及异质结锂离子电池负极材料制备领域，具体涉及一种中空片状氧化锌/四氧化三钴异质结、电极、锂离子电池及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因其功率密度高、循环寿命长而成为重要的储能体系，为了满足新的需求，电池需要具备更好的性能，尤其在能量密度和循环稳定性方面。目前锂离子电池的商业化负极材料主要是石墨，其理论比容量很低，仅372mAh.g^-1，不能满足当今社会的需要。因此，开发出比容量高、安全性好、循环稳定可商业化生产的负极材料，是锂离子电池领域亟待解决的问题。

过渡金属氧化物(TMO)(如Fe₃O₄、Co₃O₄和NiO、ZnO等)具有较高的理论比容量，是石墨基负极的2～3倍。并且生产成本低，能量密度高，循环稳定性好，在储能领域备受关注。例如，Co₃O₄的理论比容量(890mAh.g^-1)、成本低并且资源丰富。但其在循环过程中这些氧化物均存在导电能力差、能量衰退快和体积膨胀较大等缺点，无法实现实际生产中的应用。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的首要目的是提供中空片状氧化锌/四氧化三钴异质结、电极、锂离子电池及其制备方法。基于上述目的，本发明至少提供如下技术方案：

中空片状氧化锌/四氧化三钴异质结的制备方法，其包括以下步骤：

以锌源、钴源以及有机配体为溶质，以去离子水为溶剂进行共沉淀反应，收集沉淀、烘干，得到Zn-Co-ZIF片状前体，所述锌源与所述钴源的摩尔比为0.33～1.1，所述锌源以及所述钴源中的锌离子以及钴离子与所述有机配体的摩尔比为1:4～8；

将上述Zn-Co-ZIF片状前体置于空气气氛中，以一定的升温速度加热至400-450℃下恒温煅烧30min-1h，获得中空片状氧化锌/四氧化三钴异质结。

进一步的，所述锌源为Zn(NO₃)₂·6H₂O，所述钴源为Co(NO₃)₂.6H₂O，所述有机配体为2-甲基咪唑。

进一步的，所述共沉淀反应的条件为，将所述锌源、所述钴源以及所述有机配体均匀分散于去离子水中形成溶液，将所述溶液置于恒温水浴中10-20小时，所述恒温水浴的温度为25℃。

进一步的，所述烘干的条件为，将收集的沉淀置于真空烘箱中，在60-80℃下干燥10-12小时。

进一步的，所述一定的升温速度为0.2-2℃/min。

进一步的，所述溶质与所述溶剂的质量体积比为40:1(mg/ml)。

进一步的，所述Zn(NO₃)₂·6H₂O与所述Co(NO₃)₂.6H₂O的摩尔比为1:1，所述Zn(NO₃)₂·6H₂O以及所述Co(NO₃)₂.6H₂O中的锌离子以及钴离子与所述2-甲基咪唑的摩尔比为1:4。