一種鋅基復(fù)合材料氟化氫氧化鋅及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型鋰離子電池負(fù)極材料及其制備方法，特別涉及一種氟化氫氧化鋅作為鋰離子電池負(fù)極材料的應(yīng)用及制備方法，屬于電化學(xué)新型材料領(lǐng)域。
技術(shù)背景:
[0002]鋰離子電池具有工作電壓高，比容量高，比功率大，充放電電位曲線平穩(wěn)，循環(huán)壽命長(zhǎng)，無(wú)記憶效應(yīng)，自放電小，環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，是繼鎳鎘電池、鎳氫電池之后的第三代小型蓄電池，因而廣泛應(yīng)用于筆記本電腦，手機(jī)等移動(dòng)便攜設(shè)備。此外，鋰離子電池也被視為未來(lái)電動(dòng)交通工具的理想電源。未來(lái)鋰離子電池的發(fā)展方向主要集中在高比能量密度、高功率密度，而這依賴于高容量、倍率性能優(yōu)越電極材料的研發(fā)。鋅基復(fù)合材料由于其成本低廉、儲(chǔ)量豐富、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)在鋰離子電池的發(fā)展中一直扮演著重要的角色，例如錳酸鋅、鈷酸鋅、鐵酸鋅和釩酸鋅等作為鋰離子電池正負(fù)極材料顯示了良好的電化學(xué)性能。
[0003]因此，發(fā)展簡(jiǎn)單方法制備新型鋅基復(fù)合材料并研宄其電化學(xué)性能具有重要的意義。到目前為止，關(guān)于Zn(OH)F材料應(yīng)用主要有:文獻(xiàn)[F.Xu, Y.Lu，L.Sun andL.Zhi, Chem.Commun., 2010, 46, 3191-3193]，[F.Xu, L.Sun, M.Dai andY.Lu, J.Phys.Chem.C，2010，114，15377-15382]和[J.Song, M.Zheng, Z.Yang, H.Chen, H.Wang, J.Liu, G.Ji, H.Zhang and J.Cao, Nanoscale Res.Lett.，2009，4，1512-1516]報(bào)道了將 Zn (OH) F 作為合成納米結(jié)構(gòu) ZnO 前驅(qū)體；文獻(xiàn)[Y.Peng, Chin.J.Chem.，2011，29，191-195]和[Y.Peng, H.Zhouand Z.Wang, CrystEngComm, 2012, 14，2812-2816]報(bào)道了 Zn (OH) F 對(duì)有機(jī)化合物和有機(jī)染料具有很好的光催化活性。另外在文獻(xiàn)[H.N.Chen, L.Q Zhu, Q.Hou, ff.T.Liang, H.C.Liuand ff.P.Li, J.Mater.Chem., 2012, 22, 23344-23347]中報(bào)道了利用 ZnOHF 作為光電化學(xué)電池電極具有一定的應(yīng)用前景。目前，該化合物用作鋰離子電池負(fù)極電化學(xué)性能的研宄尚未見報(bào)道。基于以上背景，本專利發(fā)明一種制備棒狀ZnOHF材料的新方法，以其作為鋰離子電池負(fù)極顯示了明顯了充、放電平臺(tái)，表明其在鋰離子電池中有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
[0004]發(fā)明目的
[0005]本發(fā)明的目的在于以乙酸鋅、氟化鈉和六次甲基四胺為原料，通過(guò)水熱法制備棒狀鋰離子電池負(fù)極材料ZnOHF。其原理就是利用水熱條件下的高溫、高壓環(huán)境促進(jìn)溶液中化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，從而制備結(jié)晶性能良好的棒狀ZnOHF。
[0006]反應(yīng)原理為:
[0007]ZnC4H6O4^ Zn 2++2 [CH3COO]^ (I)
[0008]NaF — Na++r (2)
[0009](CH2)6N4+1OH2O ^ 6HCH0+40F+4 [NH4]+ (3)
[0010]Ζη2++Γ+0?！猌nOHF (4)
[0011]本發(fā)明所涉及的ZnOHF合成原料為乙酸鋅、氟化鈉和六次甲基四胺。材料制備過(guò)程中，先將純度為99.9%以上的乙酸鋅、氟化鈉、六次甲基四按摩爾比為1:1:1-5混合，并攪拌均勻，得到混合物；再將混合物放置于容器中加蒸餾水?dāng)嚢?0分鐘，形成均勻溶液；進(jìn)一步將均勻溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中于140°C?180°C反應(yīng)24小時(shí)，將反應(yīng)產(chǎn)物離心、烘干、收集，得到氟化氫氧化鋅(ZnOHF)鋰離子電池負(fù)極材料。
[0012]本發(fā)明采用上述技術(shù)方案制得的鋅基復(fù)合材料氟化氫氧化鋅首次應(yīng)用于制備鋰離子電池負(fù)極材料上。
[0013]本發(fā)明所涉及的氟化氫氧化鋅(ZnOHF)負(fù)極材料及制備方法具有以下幾個(gè)顯著的特點(diǎn):
[0014](I)合成方法簡(jiǎn)單，成本低廉；
[0015](2)所制備的氟化氫氧化鋅(ZnOHF)呈特殊棒狀形貌；
[0016](3)所制備氟化氫氧化鋅(ZnOHF)具有明顯的充、放電平臺(tái)，在鋰離子電池中有潛在應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
:
[0017]圖1實(shí)施例所制備樣品的XRD圖譜；
[0018]圖2實(shí)施例所制備樣品的(a)低倍，(b)高倍SEM圖；
[0019]圖3實(shí)施例所制備樣品的(a)首次充、放電曲線和(b)循環(huán)性能圖。
【具體實(shí)施方式】
:
[0020]實(shí)施例1
[0021]將純度為99.9%的乙酸鋅、氟化鈉按ZnOHF化學(xué)式分別稱取lmmol，再稱取六次甲基四胺5mmol ;放置于燒杯中加蒸飽水?dāng)嚢杈矗D(zhuǎn)移至水熱斧中在160°C下反應(yīng)24小時(shí)，將反應(yīng)產(chǎn)物用酒精、蒸餾水離心清洗，烘干可得樣品。所制備樣品經(jīng)XRD圖譜分析，如圖1所示，與正交晶系ZnOHF (標(biāo)準(zhǔn)卡片JCPDS，n0.74-1816) 一致。所制備樣品經(jīng)SEM表征，如圖2所示，由大量棒狀形貌組成，棒平均長(zhǎng)度約為I y m，平均寬度約lOOnm。將實(shí)施例所得的材料按如下方法制成電池:將制得的ZnOHF樣品與乙炔黑和聚偏氟乙烯按重量比為8:1:1的比例混合，以N-甲基吡咯烷酮為溶劑制成漿料，涂覆在10 μπι厚度的銅箔上，在60°C下干燥10小時(shí)后，裁剪成14mm的圓片，在120°C下真空干燥12小時(shí)。以金屬鋰片為對(duì)電極，Celgard膜為隔膜，溶解有LiPF6 (lmol/L)的EC+DMC+DEC (體積比為1:1:1)的溶液為電解液，在氬氣保護(hù)的手套箱中組裝成CR2025型電池。電池組裝完后靜置8小時(shí)，再用CT2001A電池測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行恒流充放電測(cè)試，測(cè)試電壓為3?0.02V。如圖3為所制備的棒狀鋰離子電池負(fù)極材料ZnOHF的首次充、放電曲線及循環(huán)性能。如圖所示，首次充、放電比容量分別為436.3,947.4mAh/g，50次循環(huán)之后充、放電容量分別為247.9、250mAh/g。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鋅基復(fù)合材料，其特征在于，該復(fù)合材料為氟化氫氧化鋅(ZnOHF)，其形貌為棒狀； 所述氟化氫氧化鋅(ZnOHF)的制備方法為: (1)將純度為99.9%以上的乙酸鋅、氟化鈉、六次甲基四按摩爾比為1:1:1-5混合，并攪拌均勻，得到混合物； (2)將步驟(I)混合物放置于容器中加蒸餾水?dāng)嚢?0分鐘，形成均勻溶液； (3)將步驟(2)的均勻溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中于140°C~180°C反應(yīng)24小時(shí)，將反應(yīng)產(chǎn)物離心、烘干、收集，得到ZnOHF鋰離子電池負(fù)極材料。2.一種鋅基復(fù)合材料氟化氫氧化鋅在制備鋰離子電池負(fù)極材料上的應(yīng)用。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種鋅基復(fù)合材料，該復(fù)合材料為氟化氫氧化鋅（ZnOHF），其形貌為棒狀；其制備方法為將純度為99.9%以上的乙酸鋅、氟化鈉、六次甲基四按摩爾比為1:1:1-5混合，并攪拌均勻，得到混合物；再將混合物放置于容器中加蒸餾水?dāng)嚢?0分鐘，形成均勻溶液；進(jìn)一步將得到的均勻溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中于140℃~180℃反應(yīng)24小時(shí)，將反應(yīng)產(chǎn)物離心、烘干、收集，得到ZnOHF鋰離子電池負(fù)極材料。本發(fā)明首次將鋅基復(fù)合材料氟化氫氧化鋅應(yīng)用于制備鋰離子電池負(fù)極材料上。本發(fā)明合成方法簡(jiǎn)單，成本低廉；所制備的氟化氫氧化鋅（ZnOHF）呈特殊棒狀形貌；所制備氟化氫氧化鋅（ZnOHF）具有明顯的充、放電平臺(tái)，在鋰離子電池中有潛在應(yīng)用。
【IPC分類】H01M4/36, H01M4/58, H01M4/48
【公開號(hào)】CN104993105
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510278223
【發(fā)明人】倪世兵, 馬建軍, 張繼成, 楊學(xué)林
【申請(qǐng)人】三峽大學(xué)
【公開日】2015年10月21日
【申請(qǐng)日】2015年5月27日