一种MgO-ZnO-石墨烯复合材料的制备方法及其在电池中的应用
【专利摘要】本发明公开了一种MgO?ZnO?石墨烯复合材料的制备方法及其在电池中的应用，该复合材料通过水热法制备而成。测试结果表明，本发明提供的MgO?ZnO?石墨烯复合材料可以获得较高的首次可逆比容量，而且经过100次充放电循环后，容量保持率在90％以上，稳定性好。由此可见，本发明提供的MgO?ZnO?石墨烯复合材料具有优异的充放电循环性能，这种性能可能与制备方法中Zn(NO3)2·6H2O和MgCl2·6H2O的重量份之比有关，当Zn(NO3)2·6H2O和MgCl2·6H2O的重量份之比在7～9:1之间时，性能最好。
【专利说明】
-种MgO-ZnO-石墨稀复合材料的制备方法及其在电池中的 应用
技术领域
[0001] 本发明属于能源领域，设及石墨締电池材料，具体设及一种MgO-ZnO-石墨締复合 材料的制备方法及其在电池中的应用。
【背景技术】
[0002] 过渡金属氧化物作为裡离子电池负极材料其理论比容量为商业化石墨的2~3倍， 是目前电动车用裡离子电池的理想候选材料。其中氧化锋(ZnO)与其他金属氧化物相比较 (MO, M = Fe, Co, Ni, V等），具有价格低廉、容易制备W及较宽的化-Li反应电位(0~0.5V)等 优势，然而ZnO作为裡离子电池负极材料的研究却相对较少，除存在金属氧化物在Li+嵌入/ 脱出过程中体积效应大的普遍缺点之外，ZnO较差的电子运输力也是影响其应用的一个重 要因素。有学者曾制备蒲公英状、多孔片状的化0负极材料，尝试从特殊纳米结构上对化0储 裡能力进行改进。有些学者则致力于将化0与其他金属及金属氧化物进行渗杂或复合，指出 混合金属氧化物电化学性能优于纯ZnO负极材料。除此之外，将ZnO与碳材料进行复合相比 W上两种方法具有更强的应用潜力，首先碳材料可W提高ZnO的导电率，而且形成的导电网 络可W有效缓冲化0的体积效应，其次碳材料本身可W进一步提高复合材料的储裡能力。碳 化葡萄糖、石墨W及碳纳米管与化0复合材料的电化学性能研究已有报道，而新型碳材料石 墨締与化0复合材料的储裡性能研究却在近几年才开始起步。
[0003] 石墨締作为一种新型低维碳材料，常溫下电子迁移率达1.SXlO4Cm2AV . S)，电阻 率约ICT6Q . cm,将其与金属氧化物复合可极大提升相应电极材料的电导率，进而改善其充 放电和循环性能；同时，石墨締理论比表面积高达2630mVg，结合其"柔初"的导电网络状结 构又可有效抑制金属氧化物在充放电过程中因体积变化引起的材料膨胀、粉化与聚集，并 增强与集流体和电解液之间的导电接触。此外，Li+若同时吸附在石墨締片层两侧，其理论 比容量可达744mAh/g，可W进一步提高复合材料的储裡比容量。有学者采用两步法首先制 备化0/氧化石墨締，之后在400°C还原气氛下赔烧获得化0/石墨締，石墨締的复合有效改善 了化0的电化学性能。
[0004] 但是，人类对于电池的性能要求越来越高，目前的技术已经有所局限，有必要开发 性能更为优越的电池W及相关的电极材料。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种MgO-ZnO-石墨締复合材料的制备方法及其在电池中 的应用，用于制备性能优异的电池。
[0006] 本发明的上述目的是通过下面的技术方案得W实现的：
[0007] -种MgO-化0-石墨締复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[000引步骤Sl，将Zn(N03)2 ? 6也0和MgCh ? 6也0的混合物分散于氧化石墨締溶液中，氨水 调节抑=11 ;所述混合物的重量与氧化石墨締的重量相等，所述混合物中化(N03)2 ?細20和 1邑02,6出0的重量份之比为7~9:1;
[0009] 步骤S2,将混合液移入不诱钢反应蓋中，160~200°C反应8~12h，自然冷却至室 溫；
[0010] 步骤S3,用去离子水清洗后在50~70°C下真空干燥10~1地。
[0011 ]进一步地，所述的MgO-ZnO-石墨締复合材料的制备方法中，所述混合物中Zn (N03)2 ? 6出0和MgCl2 ? 6出0的重量份之比为8:1。
[0012]进一步地，所述的MgO-ZnO-石墨締复合材料的制备方法中，所述氧化石墨締溶液 中氧化石墨締的浓度为0.5mg/mL。
[0013] 进一步地，所述的MgO-ZnO-石墨締复合材料的制备方法步骤S2为：将混合液移入 不诱钢反应蓋中，180°C反应lOh，自然冷却至室溫。
[0014] 进一步地，所述的MgO-ZnO-石墨締复合材料的制备方法步骤S3为：用去离子水清 洗后在60°C下真空干燥12h。
[0015] 上述MgO-化0-石墨締复合材料在电池中的应用。
[0016]本发明的优点：
[0017]本发明提供的MgO-ZnO-石墨締复合材料具有优异的充放电循环性能，运种性能可 能与制备方法中Zn(N〇3)2 ? 6出0和MgCh ? 6出0的重量份之比有关，当Zn(N〇3)2 ?細2〇和 MgCl2 ? 6出0的重量份之比在7~9:1之间时，性能最好。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合实施例进一步说明本发明的实质性内容，但并不W此限定本发明保护范 围。尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可W对 本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
[0019] 本发明中，氧化石墨締采用改良的化mmers方法制备，参见文献化mmers,W.S.， Jr.;Offeman,R.E.J.Am.Chem.Soc.1958,80,1339。
[0020] 实施例1 :Mg〇-化0-石墨締复合材料的制备
[0021] 步骤Sl，将IOOmg Zn(N〇3)2 ? 6H20和MgCl2 ? 6H20的混合物分散于浓度为 200ml0.5mg/mL氧化石墨締溶液中，氨水调节pH = 11;所述混合物中Zn(N〇3)2 ? 6出0和 MgCl2 ? 6出0的重量份之比为8:1;
[0022] 步骤S2,将混合液移入不诱钢反应蓋中，180°C反应lOh，自然冷却至室溫；
[0023] 步骤S3,用去离子水清洗后在60°C下真空干燥12h。
[0024] 实施例2:Mg〇-化0-石墨締复合材料的制备
[002引步骤Sl，将IOOmg Zn(N03)2 ? 6H20和MgCl2 ? 6H20的混合物分散于浓度为 200ml0.5mg/mL氧化石墨締溶液中，氨水调节pH = 11;所述混合物中Zn(N03)2 ? 6出0和 MgCl2 ? 6出0的重量份之比为7:1;
[00%]步骤S2,将混合液移入不诱钢反应蓋中，180°C反应lOh，自然冷却至室溫；
[0027]步骤S3,用去离子水清洗后在60°C下真空干燥12h。
[002引实施例3 :Mg0-化0-石墨締复合材料的制备
[0029] 步骤Sl，将IOOmg Zn(N〇3)2 ? 6H20和MgCl2 ? 6H20的混合物分散于浓度为 200ml0.5mg/mL氧化石墨締溶液中，氨水调节pH = 11;所述混合物中Zn(N〇3)2 ? 6出0和 1邑〇2,6出0的重量份之比为9:1;
[0030] 步骤S2,将混合液移入不诱钢反应蓋中，180°C反应lOh，自然冷却至室溫；
[0031] 步骤S3,用去离子水清洗后在60°C下真空干燥12h。
[00扣]实施例4 :Mg〇-化0-石墨締复合材料的制备
[00削步骤Sl，将IOOmg Zn(N03)2 ? 6H20和MgCl2 ? 6H20的混合物分散于浓度为 200ml0.5mg/mL氧化石墨締溶液中，氨水调节pH = 11;所述混合物中Zn(N03)2 ? 6出0和 MgCl2 ? 6出0的重量份之比为6:1;
[0034] 步骤S2,将混合液移入不诱钢反应蓋中，180°C反应lOh，自然冷却至室溫；
[0035] 步骤S3,用去离子水清洗后在60°C下真空干燥12h。
[003引实施例5 :Mg0-化0-石墨締复合材料的制备
[0037] 步骤Sl，将IOOmg Zn(N〇3)2 ? 6H20和MgCl2 ? 6H20的混合物分散于浓度为 200ml0.5mg/mL氧化石墨締溶液中，氨水调节pH = 11;所述混合物中Zn(N〇3)2 ? 6出0和 MgCl2 ? 6出0的重量份之比为10:1;
[003引步骤S2,将混合液移入不诱钢反应蓋中，180°C反应lOh，自然冷却至室溫；
[0039] 步骤S3,用去离子水清洗后在60°C下真空干燥12h。
[0040] 实施例6:效果实施例，电化学测试
[0041] 将实施例1~5制备的样品作为活性物质，按照活性物质：乙烘黑：聚偏氣乙締 (PVDF)质量比8:1:1的比例在N-甲基化咯烧酬(NMP)中研磨均匀，然后将其涂到铜锥上，80 °(：真空干燥12hDWCellgard-2400型聚丙締膜为隔膜，IM LiPFs的碳酸乙締醋化C)和碳酸 二甲醋(DMC)(体积比为1:1)溶液为电解液，金属裡片为对电极，在出0、0洽量小于0.5ppm的 手套箱中组装成CR2032型扣式半电池。采用新威尔CT-3008测试仪在0.05A/g电流密度下测 试其充放电性能，充放电电压区间为0.01~2.5V(vs LiVLi),采用上海辰华CHI660E型电 化学工作站进行循环伏安和交流阻抗测试，扫描区间为0.0 l~2.5V(VS Li+/Li)、扫描速率 为O.lmV/s，频率范围为10-2~1〇5化。
[0042] 测试结果如下(50mA/g电流密度条件下）： 「nnylol
L0044」测试结果表明，本发明提供的MgO-化0-石墨筛复合材料可W获得较高的首次可逆 比容量，而且经过100次充放电循环后，容量保持率在90% W上，稳定性好。由此可见，本发 明提供的MgO-化0-石墨締复合材料具有优异的充放电循环性能，运种性能可能与制备方法 中Zn(N〇3)2 ?細2〇和MgCl2 ?細2〇的重量份之比有关，当Zn(N〇3)2 ?細2〇和MgCl2 ?細2〇的重 量份之比在7~9:1之间时，性能最好。
[0045]上述实施例的作用在于说明本发明的实质性内容，但并不W此限定本发明的保护 范围。本领域的普通技术人员应当理解，可W对本发明的技术方案进行修改或者等同替换， 而不脱离本发明技术方案的实质和保护范围。
【主权项】
1. 一种Mg〇-Zn〇-石墨稀复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤S1，将Ζη(Ν03)2 · 6H20和MgCl2 · 6H20的混合物分散于氧化石墨烯溶液中，氨水调节 pH=ll;所述混合物的重量与氧化石墨稀的重量相等，所述混合物中Zn(N〇3)2 · 6H2O和 MgCl2 · 6H20的重量份之比为7~9:1; 步骤S2,将混合液移入不锈钢反应釜中，160~200°C反应8~12h，自然冷却至室温； 步骤S3,用去离子水清洗后在50~70 °C下真空干燥10~14h。2. 根据权利要求1所述的Mg〇-Zn〇-石墨稀复合材料的制备方法，其特征在于:所述混合 物中Zn(N03)2 · 6H20和MgCh · 6H20的重量份之比为8:1。3. 根据权利要求2所述的Mg〇-Zn〇-石墨稀复合材料的制备方法，其特征在于:所述氧化 石墨稀溶液中氧化石墨稀的浓度为0.5mg/mL。4. 根据权利要求3所述的Mg〇-Zn〇-石墨稀复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2 为:将混合液移入不锈钢反应釜中，180°C反应10h，自然冷却至室温。5. 根据权利要求4所述的Mg〇-Zn〇-石墨稀复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S3 为:用去离子水清洗后在60°C下真空干燥12h。6. 权利要求1~5任一所述的Mg〇-Zn〇-石墨稀复合材料在电池中的应用。
【文档编号】H01M10/0525GK105826526SQ201610164325
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月22日
【发明人】陈波
【申请人】陈波