氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于锂电池制造技术领域，具体涉及一种锂离子电池用氧化锌修饰的石墨烯负极材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]石墨是目前商用锂离子电池的主要负极材料，在充电过程中，锂离子嵌入石墨中形成石墨与锂的层间化合物。石墨具有良好的充放电电压平台，理论容量为372mAh/g，同时，由于锂离子嵌入石墨层间的时间较长，因而石墨电极的充放电速度较慢。近年来，随着移动电子设备对电源续航能力以及充电时间的要求越来越高，传统的石墨电极逐渐不能满足高性能锂离子电池的要求。在此背景下，石墨烯由于高的导电性以及高比表面积等性质成为锂电池负极材料的热点材料。与石墨烯相比，石墨烯原子层的两侧可以分别吸附锂离子。因此，单层石墨烯理论容量可以达到石墨的两倍，为744mAh/g。另外，由于石墨烯片层之间孔隙率的增加，锂离子的吸附和脱附过程可以非常快速。
[0003]对于负极应用来说，氧化锌具有几倍于碳材料的理论容量。但氧化锌材料作为锂离子电池的负极材料存在一个较大的缺陷，就是在锂离子的吸附和脱附过程中，体积变化大，较大的应力会破坏导电通路，导致充放电循环形成极差；另外，氧化锌的电子迀移率较低，造成锂离子电池内阻较大。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法，其通过一步反应法获得氧化锌修饰的石墨烯作为锂离子电池的负极材料，充分结合氧化锌比容量高以及石墨烯高导电性、高比表面积的优点，获得了容量高、充放电速度快的负极材料。
[0005]本发明采取如下技术方案:
氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法，其按如下步骤进行:
I)将石墨烯粉末和氧化锌粉末以重量比例1:10-100:1的比例混合均匀；
2 )将步骤I)得到的混合物放入反应炉中加热至500°C至1800°C，并保持通入保护气体，按照设定的反应时间保温；
3)反应时间达到设定时间后随炉冷却至室温，得到氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料。
[0006]优选的，石墨烯粉末是单层或者多层石墨烯粉末，层数为I?10层，粉末片径为0.05~40umo
[0007]优选的，氧化锌粉末粒径为10?lOOnm。
[0008]优选的，保护气体可以是氩气、氮气、氢气、氦气、氖气或者其中几种的混合气体。
[0009]优选的，反应时间为I分钟-10小时。
[0010]优选的，所述的反应时间为30分钟-5小时。[0011 ] 优选的，加热温度为1000°C至1500°C。
[0012]本发明氧化锌锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法，其负极材料由石墨烯与氧化锌粉末在一定温度下一步反应得到。本发明方法工艺简单，得到的氧化锌修饰的石墨烯负极材料充分结合了氧化锌材料较高的理论容量以及石墨烯高导电性、高比表面积的优势；同时，在石墨烯与氧化锌粉末反应过程中在所得到的氧化锌修饰的石墨烯片层中形成微孔，利于锂离子在所得到的负极材料中间的快速传输，提高了充放电速度。
【附图说明】
[0013]图1为实施例1氧化锌修饰的石墨稀负极材料循环性能曲线。
【具体实施方式】
[0014]以下结合附图对本发明优选实施例作详细说明。
[0015]实施例1:
1)将原子层数为1-5层的石墨烯粉末(粉末的片径为Ium)和氧化锌粉末(粒径为20nm)以重量比例100:1的比例球磨混合均匀；
2)将步骤I)得到的混合物放入管式反应炉中加热至1500°C，并保持通入保护气体氩气，反应30分钟；
3)反应时间达到设定时间后随炉冷却至室温，得到氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料。
[0016]将得到的负极材料进行容量测试，结果如附图1所示，初始容量达到1180mAh/g，循环充放电50次以后，所得负极材料容量仍然保持在1000mAh/g以上。
[0017]实施例2:
1)将原子层数为10层的石墨烯粉末(粉末的片径为1um)和氧化锌粉末(粒径为50nm)以重量比例1:10的比例球磨混合均匀；
2)将步骤I)得到的混合物放入箱式反应炉中加热至500°C，并保持通入保护气体氮气，反应10小时；
3)反应时间达到设定时间后随炉冷却至室温，得到氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料。
[0018]实施例3:
1)将单层石墨烯粉末(粉末的片径为30um)和氧化锌粉末(粒径为80nm)以重量比例1:1的比例搅拌混合均匀；
2)将步骤I)得到的混合物放入箱式反应炉中加热至1800°C，并保持通入保护气体氢气，反应I分钟；
3)反应时间达到设定时间后随炉冷却至室温，得到氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料。
[0019]实施例4:
1)将单层石墨烯粉末(粉末的片径为38um)和氧化锌粉末(粒径为90nm)以重量比例10:1的比例搅拌混合均匀；
2)将步骤I)得到的混合物放入箱式反应炉中加热至800°C，并保持通入保护气体氢气，反应5小时；
3)反应时间达到设定时间后随炉冷却至室温，得到氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料。
[0020]实施例5:
1)将单层石墨烯粉末(粉末的片径为5um)和氧化锌粉末(粒径为1nm)以重量比例30:1的比例搅拌混合均匀；
2)将步骤I)得到的混合物放入箱式反应炉中加热至1200°C，并保持通入保护气体氢气，反应8小时；
3)反应时间达到设定时间后随炉冷却至室温，得到氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料。
[0021]实施例6:
1)将单层石墨烯粉末(粉末的片径为0.5um)和氧化锌粉末(粒径为10nm)以重量比例80:1的比例搅拌混合均匀；
2)将步骤I)得到的混合物放入箱式反应炉中加热至1000°C，并保持通入保护气体氢气，反应I小时；
3)反应时间达到设定时间后随炉冷却至室温，得到氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料。
[0022]本领域的技术人员应认识到，以上实施例仅是用来说明本发明，而并非作为对本发明的限定，只要在本发明的范围内，对以上实施例的变化、变形都将落在本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤: 1)将石墨烯粉末和氧化锌粉末以重量比例1:10-100:1的比例混合均匀； 2)将步骤I)得到的混合物放入反应炉中加热至500°C至1800°C，并保持通入保护气体，按照设定的反应时间保温； 3)反应时间达到设定时间后随炉冷却至室温，得到氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料。2.根据权利要求1所述的氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于:步骤I)，所述的石墨烯粉末是单层石墨烯粉末。3.根据权利要求2所述的氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于:所述的石墨烯粉末是多层石墨烯粉末，多层石墨烯粉末的层数为2?10层，粉末的片径为0.05~40umo4.根据权利要求1-3任一项所述的氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于:步骤I)，所述氧化锌粉末的粒径为10?lOOnm。5.根据权利要求1所述的氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于:步骤2)，所述的保护气体选用氩气、氮气、氢气、氦气、氖气中的一种或几种混合。6.根据权利要求1或5所述的氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于:步骤2)，所述的反应时间为I分钟-10小时。7.根据权利要求6所述的氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于:步骤2)，所述的反应时间为30分钟-5小时。8.根据权利要求1或5所述的氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于:步骤2)，加热温度为1000°C至1500°C。
【专利摘要】本发明公开了一种氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法：1）将石墨烯粉末和氧化锌粉末以重量比例1:10-100:1的比例混合均匀；2）将步骤1）得到的混合物放入反应炉中加热至500℃至1800℃，并保持通入保护气体，按照设定的反应时间保温；3）反应时间达到设定时间后随炉冷却至室温,得到氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料。本发明方法工艺简单，得到的氧化锌修饰的石墨烯负极材料充分结合了氧化锌材料较高的理论容量以及石墨烯高导电性、高比表面积的优势；同时，在石墨烯与氧化锌粉末反应过程中在所得到的氧化锌修饰的石墨烯片层中形成微孔，利于锂离子在所得到的负极材料中间的快速传输，提高了充放电速度。
【IPC分类】H01M10/0525, H01M4/36, H01M4/48, H01M4/587
【公开号】CN105552338
【申请号】CN201610044734
【发明人】汪训国
【申请人】浙江极力动力新能源有限公司
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2016年1月22日