本發(fā)明涉及鋰電池材料領域，具體涉及一種用于鋰電池負極的二維納米多孔氧化鋅及其制備方法。

背景技術：

鋰電池是在高倍率下可再充電的高性能電池，其單位能量密度為常規(guī)的鉛蓄電池、鎳-鎘電池、鎳-氫電池、鎳-鋅電池等的單位能量密度的三倍以上。為此鋰電池成為車用動力電池的首選。目前，鋰電池的正極新材料不斷出現(xiàn)，性能不斷提升。而作為負極的活性材料是鋰離子電池的關鍵組件之一，其作為鋰離子的受體，在充放電過程中實現(xiàn)鋰離子的嵌入和脫出。因此，負極材料的好壞直接影響鋰離子電池的整體性能。目前，商用鋰離子電池負極材料廣泛使用石墨及改性石墨的碳類材料，主碳類負極材料因其比容量較低(372mAh/g)，顯然不能滿足車用鋰離子電池大功率、高容量的要求，因而需要研發(fā)可替代碳材料的具有高能量密度、高安全性能、長循環(huán)壽命的新型鋰離子電池負極材料。

容量保持能力差是鋰離子電池負極在高倍率充放過程中的最大問題，這主要與電極材料的結構、顆粒大小、電極導電性等密切相關。氧化鋅(ZnO)由于具有較高的理論容量(988mAh/g)，成為車用大功率動力鋰離子電池相匹配的較佳負極材料。特別是氧化鋅的鋅與鋰結合、分離穩(wěn)定，有效防止充放電過程中鋰晶枝的形成，具有良好的安全性，非常適合于車用動力鋰電池使用。

但在具體使用中，由于氧化鋅自身導電性低、鋰離子擴散受限，同時存在較大的體積變化。因此，如何提高氧化鋅高倍率性能和體積穩(wěn)定性一直成為其用于鋰電池的瓶頸。充放電過程中，氧化鋅循環(huán)性的體積變化產(chǎn)生的應力，導致壽命降低，循環(huán)性能下降較快，氧化鋅的電子傳導率低，不利于電池的大電流充放電。目前通常通過將氧化鋅與其他導電性物質(zhì)復合來提高了氧化鋅在電池中的充放電性能。中國發(fā)明專利CN104022268A公開了一種鋰離子電池用氧化鋅/石墨烯復合材料的制備方法，通過氧化鋅與石墨烯復合，克服氧化鋅導電性差的問題，使體積變化得到了一定的控制，但同時也降低了容量。技術人員試圖通過改變氧化鋅粒徑大小、形貌，如納米化、線狀化來改善氧化鋅在鋰電池負極中的性能，但收效并不大。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術氧化鋅用于鋰電池負極存在難以高倍率充放電的缺陷，本發(fā)明提出一種用于鋰電池負極的二維納米多孔氧化鋅，其特征是具有納米層狀結構，且層面有均勻分布微晶缺陷孔，其顯著的優(yōu)勢是二維納米多孔氧化鋅的層間距以及層面微晶缺陷孔面具有穩(wěn)定的能級，這種缺陷使氧化鋅的電子導電性提高，并使鋰離子擴散空間增大。更為重要的是這種二維層結構以及層面中的微晶缺陷使得在充放電過程中，有效緩沖氧化鋅循環(huán)時的體積變化應力，以解決氧化鋅用于鋰電池負極易膨脹導致的電池循環(huán)性能下降的問題。本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于鋰電池負極的二維納米多孔氧化鋅的制備方法，以實現(xiàn)具有高比容量、長循環(huán)壽命得鋰電池負極材料的工業(yè)化生產(chǎn)。

為解決上述問題，本發(fā)明采用以下技術方案：

一種用于鋰電池負極的二維納米多孔氧化鋅，其特征是具有納米層狀結構，且層面有均勻分布的微晶缺陷孔，由如下方法制備而成：

(1)將過量的氯化鈉分散于水中，通過輔助分散劑使氯化鈉在研磨機中研磨使氯化鈉以納米微粒形成分散形成氯化鈉分散液A；所述的分散劑為乳糖、甘露醇、預膠化淀粉、羧甲基淀粉中的一種；

(2)將鋅鹽溶于三乙醇胺形成飽和溶液B；

(3)將步驟(1)得到的氯化鈉分散液A、步驟(2)得到的飽和溶液B分別裝入空化均質(zhì)機，通過空化均質(zhì)機空化使流體產(chǎn)生強烈的爆裂和強力的微射流；

(4)將步驟(3)分散液A、飽和溶液B產(chǎn)生的微射流引至氧化鋁陶瓷板，氧化鋁陶瓷板設置200-300℃的溫度，分散液A、飽和溶液B產(chǎn)生的兩股微射流分別與氧化鋁陶瓷板呈15-30°角相對噴射至氧化鋁陶瓷面板，由氯化鈉誘導，使飽和溶液B沿陶瓷面各項同性快速生長形成氧化鋅晶體層，從而層層生長形成二維氧化鋅，同時氯化鈉以納米微粒形式快速鑲嵌于氧化鋅層中，使氧化鋅在層生長方向形成微晶缺陷；

(5)將步驟(4)得到的層面鑲嵌氯化鈉的二維氧化鋅利用去離子水清洗，除去鑲嵌的氯化鈉，過濾、干燥、氣流細化得到一種用于鋰電池負極的二維納米多孔氧化鋅。

優(yōu)選的，步驟(1)所述氯化鈉、水、分散劑以質(zhì)量比5:5:0.5配合，通過研磨機研磨使已飽和析出的氯化鈉以納米微粒形成分散形成氯化鈉分散液。

優(yōu)選的，步驟(2)所述鋅鹽為硝酸鋅、乙酸鋅、硫酸鋅、氯化鋅中的一種。

優(yōu)選的，步驟(3)所述空化均質(zhì)機設置扁平狀控閥，使空化形成的微射流形成大面積噴射，從而高效率的形成二維氧化鋅。

優(yōu)選的，步驟(4)分散液A、飽和溶液B進行相對噴射時，通過控制流量控制較佳的噴施配比為分散液A：飽和溶液B的體積比為1:10-15。

一個典型的應用是，將本發(fā)明得到的二維納米多孔氧化鋅用于鋰離子電池負極材料測試表明，在3.5A/g的電流密度下循環(huán)500次，可逆比容量保持885mAh/g，容量保持率高于90％，具有很好的倍率性能。

本發(fā)明創(chuàng)造性的利用空化均質(zhì)機以微射流的形式在氧化鋁陶瓷面板上通過利用氯化鈉誘使氧化鋅的晶粒沿面方向快速生長，從而具有二維層結構的氧化鋅，特別是，通過氯化鈉在氧化鋅層面生長方向快速形成納米微粒鑲嵌于氧化鋅層中，使氧化鋅在層生長方向形成微晶缺陷，水洗后形成微晶缺陷孔，從而得到二維納米多孔氧化鋅。顯著的特點是該結構的氧化鋅，層間距以及層面微晶缺陷孔形成了一個穩(wěn)定的能級，用于鋰電池負極，這種缺陷使氧化鋅的電子導電性提高，并使鋰離子擴散空間增大，有效的緩沖氧化鋅充放電循環(huán)時的體積變化應力，在保持了氧化鋅高比容量的前提下具有高倍率、長循環(huán)壽命的特性。

本發(fā)明一種用于鋰電池負極的二維納米多孔氧化鋅及其制備方法，與現(xiàn)有技術相比，其突出的特點和優(yōu)異的效果在于：

1、本發(fā)明所制備的二維納米多孔氧化鋅，具有納米層狀結構，且層面有均勻分布微晶缺陷孔，這種缺陷使氧化鋅的電子導電性提高，并使鋰離子擴散空間增大。更為重要的是這種二維層結構以及層面中的微晶缺陷使得在充放電過程中，有效緩沖氧化鋅循環(huán)時的體積變化應力。

2、本發(fā)明利用空化均質(zhì)機，通過氯化鈉誘導使氧化鋅快速沿面生長形成層結構，實現(xiàn)了高效制備二維層狀氧化鋅。

3、本發(fā)明通過氯化鈉在氧化鋅面層的鑲嵌，使得氧化鋅面層出現(xiàn)微晶缺陷孔。

4、本發(fā)明方法簡單易行，實用化程度高，適合于工業(yè)化生產(chǎn)，得到的二維納米多孔氧化鋅性能穩(wěn)定，適用于在鋰電池負極大規(guī)模應用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明制備二維納米多孔氧化鋅的簡易示意圖。

圖2為本發(fā)明得到的二維納米多孔氧化鋅掃描電鏡圖。