[发明专利]一种纳米片状的ZnFe2

说明书

本发明公开了一种纳米片状的ZnFe₂O₄锂离子电池负极材料的制备方法，采用溶胶凝胶‑燃烧法，将前驱液在水浴环境下制备成凝胶，然后在空气中进行燃烧形成泡沫状固体，最后采用分阶段煅烧的方式制备纳米片状的ZnFe₂O₄，制备过程简单，过程易于控制，原料价廉易得，采用该法制备得到的产物具有比容量高、循环稳定好等优点，纳米片状ZnFe₂O₄用于锂离子电池负极材料时，在电流密度为500mA·g^‑1下充放电循环120周之后放电容量为1000mAh·g^‑1左右，该材料在电流密度为10A·g^‑1下放电容量仍然可以达到130mAh g^‑1，表现出优异的倍率性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料制备领域，涉及一种纳米片状的ZnFe₂O₄锂离子电池负极材料的制备方法。

背景技术

化石燃料能源的短缺，迫切要求人们开发比能量高、绿色环保的锂离子电池电极材料，其中负极材料作为锂离子电池最重要的部分之一(负极材料对电池性能会产生重要影响)，成为人们设法提高锂离子电池功率密度的研究重点。目前商业化的锂离子电池负极材料多使用石墨类材料，在充放电过程中，石墨层间距改变，易造成石墨层剥落、粉化，离子也易与有机溶剂分子共嵌入石墨层，影响电池的循环稳定性能。此外，石墨类材料的理论比容量仅372mAh/g，不能满足高比能量锂离子电池的需求。因此寻找比容量更高、循环寿命更长的新型负极材料已成为锂离子电池研究的焦点。

ZnFe₂O₄是一种尖晶石型结构的复杂氧化物，属立方晶系，面心立方点阵，Fd3m空间群。每个晶胞内有32个O^2-，16个Fe³⁺和8个Zn²⁺，O^2-呈面心立方密排结构，Zn²⁺的配位数为4，处在氧四面体中心，Fe³⁺的配位数为6，居于氧八面体空隙中。该物质在储锂时，除了能以转化反应机制储锂外,还可以以合金/去合金机制储锂，其理论比容量为1072mAh·g^-1。此外，ZnFe₂O₄作为全电池的工作电压较低(约为1.5V)，ZnFe₂O₄完全可以作为锂离子电池的负极材料。

目前，研究者已经设计出多种方法合成ZnFe₂O₄材料，包括水热法、溶剂热法、共沉淀法、静电纺丝法、固态反应法、气凝胶法、溶胶-凝胶法等。采用不同的合成方法对ZnFe₂O₄的微观形貌、粒径等有显著影响，微观形貌极大的影响锂离子电池的电池性能。研究表明ZnFe₂O₄多用于光催化剂、传感器等领域，而将其利用在锂离子电池负极材料上是一个全新的领域。另外，本发明所用的制备方法保证其微观形貌和粒径大小的一致性，使其作为锂离子电池负极材料时具有良好倍率和循环寿命性能。

发明内容

本发明旨在提供一种纳米片状的ZnFe₂O₄锂离子电池负极材料的制备方法，采用溶胶凝胶-燃烧法，将前驱液在水浴环境下制备成凝胶，然后在空气中进行燃烧形成泡沫状固体，最后采用分阶段煅烧的方式制备纳米片状的ZnFe₂O₄，制备过程简单，易于控制，原料价廉易得，采用该法制备得到的纳米片状ZnFe₂O₄产物具有比容量高、倍率性能好和循环稳定好等优点,是一种具有较强应用前景的锂离子电池负极材料。

本发明的技术方案如下：

一种纳米片状的ZnFe₂O₄锂离子电池负极材料的制备方法，按照如下的步骤顺序依次进行：