[发明专利]一种石墨烯-锌基氧化物复合材料及其制备方法、在锂离子电池负极材料中的应用

说明书

本发明提供了一种石墨烯‑锌基氧化物复合材料及其制备方法、在锂离子电池负极材料中的应用，涉及锂离子电池技术领域。本发明提供的石墨烯‑锌基氧化物复合材料，包括还原氧化石墨烯以及生长在所述还原氧化石墨烯表面的ZnO‑ZnFe₂O₄纳米颗粒；两相邻ZnO‑ZnFe₂O₄纳米颗粒之间的距离为2～92nm。在本发明中，ZnO‑ZnFe₂O₄纳米颗粒分散在还原氧化石墨烯的表面，ZnO‑ZnFe₂O₄纳米颗粒彼此间的空隙为锂离子嵌入脱出引起的体积膨胀提供了足够的缓冲空间，使其具有更好的循环性能和倍率性能；并且还原氧化石墨烯也极大地提升了材料的电导率。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种石墨烯-锌基氧化物复合材料及其制备方法、在锂离子电池负极材料中的应用。

背景技术

锂离子电池已广泛应用于日常便携式电子设备中，并且在电动汽车和智能电网中也起着至关重要的作用。但是，作为负极的商业石墨基材料的理论比容量有限(372mAh/g)。因此，寻求具有高容量的下一代负极材料至关重要。

基于Zn的单金属和双金属氧化物(例如ZnO，ZnMn₂O₄，ZnFe₂O₄和ZnCo₂O₄)由于其高比容量受到越来越多的关注。但是它们具有差的电导率和在循环过程中大的体积变化，易导致电极粉碎和快速的容量衰减。如何改善Zn基氧化物的电化学性能仍然是主要挑战。

为了克服这些问题，现有技术中已经通过构造锌基氧化物纳米结构和与导电碳复合来改善负极的电化学性能。特别地，Zn基氧化物/C纳米结构具有在充电/放电过程中缩短锂离子传输半径和增加电子电导率的优点，这可以改善循环稳定性。在这些策略中，自牺牲金属有机骨架(MOF)模板方法因其结构多样性和可调整性而被认为是获得Zn基氧化物/C纳米结构的有用方法。例如，MOF-5衍生的ZnO/ZnFe₂O₄@C纳米球作为负极表现出改善的电化学性能(在200mA的电流密度下循环200次容量为1100mAh g^-1)。RGO包裹的由Zn-Co-ZIF衍生的ZnO/ZnCo₂O₄@C多面体也表现出优异的锂存储性能(在100mA的电流密度下循环150次容量为1184.4mAh g^-1)。尽管在改善Zn基氧化物/C复合材料的电化学能量存储方面已取得了一些进展，但仍然值得探索，为负极构建独特的Zn基氧化物/C纳米结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯-锌基氧化物复合材料及其制备方法和应用，本发明提供的石墨烯-锌基氧化物复合材料为锂离子嵌入脱出带来的体积膨胀提供了足够的缓冲空间，使其具有更好的循环性能和倍率性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种石墨烯-锌基氧化物复合材料，包括还原氧化石墨烯以及生长在所述还原氧化石墨烯表面的ZnO-ZnFe₂O₄纳米颗粒；两相邻ZnO-ZnFe₂O₄纳米颗粒之间的距离为2～92nm。

优选地，所述ZnO-ZnFe₂O₄纳米颗粒的粒径为12～26nm。

优选地，所述ZnO-ZnFe₂O₄纳米颗粒的负载量为还原氧化石墨烯质量的40～45％。

本发明提供了上述技术方案所述石墨烯-锌基氧化物复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将氧化石墨烯和有机溶剂混合，得到氧化石墨烯分散液；