[发明专利]一种ZnNiO/C复合纳米材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种ZnNiO/C复合纳米材料，其微观形貌为呈蜂窝状结构，蜂窝状结构尺度为2.5~3.5μm，所述蜂窝状结构为颗粒状纳米结构与层片状结构交错形成，并形成含有大量孔隙的多孔结构。本发明还公开了该ZnNiO/C复合纳米材料的制备方法，以ZnCl₂和NiCl₂作为有机金属框架化合物的金属源，乙醇酸作为MOF材料的有机配体；合成含有镍、锌元素的MOF材料；之后再在石英管式炉中碳化得到ZnNiO/C复合纳米材料。应用该材料为锂离子电池电极材料，在600mA/g放电电流下循环500次之后，表现出30mAh/g高比容量，并有良好的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及复合纳米材料领域，尤其涉及一种锂离子电池的复合电极材料领域及其制备方法。

背景技术

在环境污染日益严重，化石燃料逐渐枯竭的今天，在能源领域寻求能量密度高、使用寿命长、效率高、成本低、环境友好的储能设备变得尤为重要。随着便携式电子设备和混合电动车的发展，对具有高能量高功率的电池需求日益迫切，目前有很多人都着眼于锂离子电池的探索研究。

锂离子电池一般在正极与负极中间填充电解液以形成离子游离的通道，用隔膜来分离正负极防止短路。当充电时由于电场作用锂离子从正极中游出，游离在电液中穿过隔膜中的孔隙，到达负极发生反应；放电过程与此相反，锂离子又回到正极，这就是锂离子电池的充放电过程。锂离子电池具有能量高密度、高电压、寿命长、无记忆效应等优点。近些年逐渐替代镍镉电池、镍氢电池，占据了消费电子领域大部分市场，且随着制造工艺水平的提高，逐渐进入动力电池领域。

石墨是目前商业化应用最广泛的锂离子电池的负极材料。然而，石墨的理论容量逐渐不能满足当今社会对电池的应用要求，特别是动力能源的高比容量需求。相比于石墨，ZnO储存相当丰富，且具有较高的理论容量，被认为是一个有前途的锂离子电池负极材料。氧化锌是锌的一种氧化物，难溶于水，可溶于酸和强碱，可应用于电池类产品的制作中，微颗粒的氧化锌作为一种纳米材料也开始在相关领域发挥作用。此外，Zn和Li的合金化与去合金化发生在合适电极电势范围，避免了充放电过程中锂枝晶的形成，因此能有效提高电池的安全性能。

然而，Zn和ZnO材料本身低的电子导电性和较慢的锂离子扩散速率同样降低了材料的循环性能和倍率性能。此外，LiZn合金的形成带来了体积的显著变化，从而导致活性材料的粉碎和电子隔离，电池容量急剧衰减和较差的循环性能。

金属-有机骨架配合物(MOF)，又称为多孔配位聚合物(PCPs)，通常指金属离子或金属簇与有机配体通过自组装过程形成具有周期性无限网络结构的晶态材料，因此它兼备了有机高分子和无机化合物两者的特点。作为一类新型的多孔材料，MOF因具有比表面积大、结构多样性、孔道尺寸可调及骨架可修饰等优点。且MOF材料具有较大的孔结构，允许电解质快速扩散。然而低的导电率严重限制了其在能量存储领域的应用，特别是纯MOF材料直接作为电极用于能量存储被受到限制。

发明内容

本发明旨在解决传统氧化锌锂离子电池负极材料存在的由于充放电体积膨胀而导致的循环稳定性差问题。基于该发明目的，本发明提供了一种ZnNiO/C复合纳米材料及其制备方法。

本发明提供了一种ZnNiO/C复合纳米材料，其微观形貌为呈蜂窝状结构，蜂窝状结构尺度为2.5~3.5μm，所述蜂窝状结构为颗粒状纳米结构与层片状结构交错形成，并形成含有大量孔隙的多孔结构。

本发明还提供了制备上述ZnNiO/C复合纳米材料的方法，包括步骤如下：

1）按照乙醇酸：六水合氯化锌：六水合氯化镍的摩尔比为2:1:1，先后向反应容器中加入乙醇酸、六水合氯化锌和六水合氯化镍，然后加入无水乙醇；

2）将步骤1）中的容器放入超声混合仪中振动20 min至反应物混合均匀；