[发明专利]锂离子电池负极材料镍酸锌双金属氧化物的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池负极材料镍酸锌（ZnNi₂O₄）双金属氧化物的制备方法。采用溶剂热和氧化处理两步法合成，首先利用溶剂热法制备ZnNi有机配体前驱物，然后通过低温氧化热处理前驱物，即可合成ZnNi₂O₄双金属氧化物。本发明制备的ZnNi₂O₄产物是由一次纳米粒子构成的二次亚微球，其尺寸均匀，约为0.3μm，且微球粗糙多孔，具有较大的比表面积。当用作锂离子电池负极时，ZnNi₂O₄材料疏松多孔结构缩短了离子的扩散传输路径，增加了电解液接触面积，表现出较好的倍率性能和循环稳定性。该制备工艺简单易操作，批次稳定，重现性高，实用性强，有效拓展了双金属氧化物的制备方法和种类，具有广阔应用前景。

技术领域

本发明属于金属氧化物微纳米材料制备与应用领域，具体涉及到一种新型双金属镍酸锌（ZnNi₂O₄）化合物制备方法，主要用于可充电二次电池领域，尤其是锂离子电池技术方向。

背景技术

面对环境污染和能源危机等严峻形势，寻找清洁、可再生能源成为了国内外科研人员的普遍共识。锂离子电池作为最具代表的清洁二次能源，其成功商业化快速革新了便携式电子商品市场格局，并稳步向新兴应用市场拓展，如电动汽车、电动助力车、电动汽艇、无人飞机等；然而，上述应用领域的出现对锂离子电池的能量密度和功率密度提出了更为严苛的要求。众所周知，作为锂离子电池关键组件的正负极材料极大地制约着电池的综合性能。当前，商业化石墨负极材料受脱嵌式反应机制限制，结构中可容纳的锂离子有限，导致其理论比容量仅为372 mAh g^-1，此严重阻碍了锂离子电池能量/功率密度的提升。基于合金式或转换式反应机制的金属单质（如Zn、Sn、Sb、Bi等）或金属化合物（如Co₃O₄、NiO、Fe₂O₃、MnO₂等）负极材料，因能够与更多的锂离子反应，故具有更高的理论比容量，其成功开发是改善锂离子电池性能的重要途径，此广受研究者青睐且长期是锂离子电池研究的热门领域。特别是，自转换反应机制问世以来，金属氧化物得到了飞速发展，由最初的单金属氧化物逐步向双金属氧化物过渡，主要源于双金属氧化物具有比单金属氧化物更高的电子电导率和电化学活性，且两种金属发生转化反应的电位不一致，使其结构存在自缓冲和自矩阵现象，这能够有效缓解体积效应，展示出广阔应用前景。注意到，国内外公开报道的锂离子电池负极材料中，诸如ZnFe₂O₄（铁酸锌）、ZnCo₂O₄（钴酸锌）和ZnMn₂O₄（锰酸锌）等双金属化合物屡见不鲜；但仍未见ZnNi₂O₄（镍酸锌）化合物材料制备或应用的相关报道。因此，开发一种简单、有效、易拓展的方法用于合成ZnNi₂O₄化合物仍是一个巨大挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型双金属化合物ZnNi₂O₄材料制备与应用方法。本发明公开的制备方法简单易操作，重现性强，极大地充实并丰富了双金属化合物的制备方法及种类；特别是，ZnNi₂O₄作为锂离子电池负极材料表现出较好的电化学性能。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：将锌盐和镍盐按一定摩尔比溶于指定的溶剂中混合均匀，然后转置于反应釜中密封并于指定温度下反应一段时间，待自然冷却后，经固液分离、洗涤、干燥后得到前驱体产物，最后通过低温氧化热处理前驱体即可获得ZnNi₂O₄产物。

本发明所述的镍酸锌（ZnNi₂O₄）双金属氧化物材料制备方法，其特征在于：所述的镍酸锌双金属氧化物是一种纯相化合物，利用溶剂热法和氧化处理两步法合成。