碳/氧化锌复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种碳/氧化锌复合材料及其制备方法和应用。一种碳/氧化锌复合材料的制备方法，包括以下步骤：在150℃～200℃的条件下，将生物质材料在碱溶液中进行水热反应，得到沉淀物；在80℃～90℃的条件下，将沉淀物在酸溶液中回流，然后水洗至中性，得到碳骨架；在150℃～200℃的条件下，将醋酸锌与氢氧化钠、生长辅助剂进行水热反应，得到前驱体。在200℃～250℃的条件下，将碳骨架与前驱体进行水热反应，得到反应物；在保护气体的气氛下，将反应物煅烧，得到碳/氧化锌复合材料。上述碳/氧化锌复合材料的制备方法制得的碳/氧化锌复合材料具有成本较低、电化学性能较好的优点。

【技术实现步骤摘要】
碳/氧化锌复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及电化学
，特别是涉及一种碳/氧化锌复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
锂离子电池是20世纪开发成功的新型高能电池，由于其高的比容量，循环寿命长，工作电压高，安全无污染等独特优势逐渐取代了传统电池，随着电动车、新能源汽车的广泛应用和高新技术的飞速发展，传统的锂离子电池材料已经无法满足高能量密度的要求。锂离子电池成为目前的一大研究趋势，提高电池比容量、循环倍率和循环稳定性成为锂离子电池研究的主要关注点。碳材料由于其在嵌入过程中的电位接近锂电位，是典型的锂离子电池负极材料，具有稳定的循环性能，但其标准比容量过低，而且成本相对较高，无法满足日益剧增的能量和成本需求。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种成本较低、电化学性能较好的碳/氧化锌复合材料的制备方法。此外，还提供了一种碳/氧化锌复合材料及其应用。一种碳/氧化锌复合材料的制备方法，包括以下步骤：在150℃～200℃的条件下，将生物质材料在碱溶液中进行水热反应，得到沉淀物，其中，所述生物质材料选自稻壳及玉米秸秆中的一种；在80℃～90℃的条件下，将所述沉淀物在酸溶液中回流，然后水洗至中性，得到碳骨架；在150℃～200℃的条件下，将醋酸锌与氢氧化钠、生长辅助剂进行水热反应，得到前驱体。在200℃～250℃的条件下，将所述碳骨架与所述前驱体进行水热反应，得到反应物；在保护气体的气氛下，将所述反应物煅烧，得到所述碳/氧化锌复合材料。上述碳/氧化锌复合材料的制备方法通过将生物质材料制备成碳骨架，并将碳骨架与前驱体反应，再经过高温煅烧得到碳/氧化锌复合材料，其中，选择生物质材料作为碳源，基于生物质材料广泛且易于获取，大大降低了碳/氧化锌复合材料的成本；同时，生物质材料制得的碳骨架具有独特的天然骨架和孔道，使得锂离子的传输更加快捷，将氧化锌镶嵌生物材料制得的碳的表面，能够抑制氧化锌充放电过程中的体积变化，避免氧化锌的粉碎，保持氧化锌形貌的完整性，从而提高碳/氧化锌复合材料的电化学性能。在其中一个实施例中，所述碱溶液选自氢氧化钠溶液及氢氧化钾溶液中的一种。在其中一个实施例中，所述碱溶液的浓度为1moL/L～3moL/L。在其中一个实施例中，所述酸溶液为盐酸。在其中一个实施例中，所述酸溶液的浓度为1moL/L～3moL/L。在其中一个实施例中，所述将醋酸锌与氢氧化钠、生长辅助剂进行水热反应的步骤中，所述醋酸锌与所述氢氧化钠、所述生长辅助剂的质量比为2:1:1～2:1:3。在其中一个实施例中，所述生长辅助剂选自十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、乙二胺、聚(氧乙烯)壬基酚、聚乙烯吡咯烷酮及六亚甲基四胺中的至少一种。在其中一个实施例中，所述将所述沉淀物在酸溶液中回流的步骤之前，还包括将所述沉淀物水洗至中性的步骤。上述的碳/氧化锌复合材料的制备方法制得的碳/氧化锌复合材料。上述的碳/氧化锌复合材料在制备锂离子电池中的应用。附图说明图1为实施例1制得的碳/氧化锌复合材料的拉曼光谱图；图2为实施例1制得的碳/氧化锌复合材料的X射线衍射光谱图；图3为实施例3制得的碳/氧化锌复合材料的放大35000倍的扫描电镜图；图4为实施例3制得的碳/氧化锌复合材料的放大70000倍的扫描电镜图；图5为实施例3制得的碳/氧化锌复合材料的放大80000倍的透射电镜图；图6为实施例3制得的碳/氧化锌复合材料的放大100000倍的透射电镜图；图7为实施例2制得的碳/氧化锌复合材料与氧化锌在0.1A/g的电流密度下的循环性能曲线图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳的实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。一实施方式的碳/氧化锌复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤S110：在150℃～200℃的条件下，将生物质材料在碱溶液中进行水热反应，得到沉淀物。其中，生物质材料选自稻壳及玉米秸秆中的一种。其中，将生物质材料在碱溶液中进行水热反应的步骤中，碱溶液选自氢氧化钠溶液及氢氧化钾溶液中的一种。进一步地，碱溶液的浓度为1moL/L～3moL/L。进一步地，将生物质材料在碱溶液中进行水热反应的步骤中，反应的时间为10h～14h。步骤S120：在80℃～90℃的条件下，将沉淀物在酸溶液中回流，然后水洗至中性，得到碳骨架。其中，将沉淀物在酸溶液中回流的步骤中，酸溶液为盐酸或，以除去沉淀物中的金属离子。进一步地，酸溶液的浓度为1moL/L～3moL/L。进一步地，将沉淀物在酸溶液中回流的步骤中，回流的时间为2h～3h。其中，水洗至中性的步骤中，使用的水为去离子水。需要说明的是，将沉淀物在酸溶液中回流的步骤之前，还包括将沉淀物水洗至中性的步骤。具体地，使用水为去离子水。步骤S130：在150℃～200℃的条件下，将醋酸锌与氢氧化钠、生长辅助剂进行水热反应，得到前驱体。具体地，将醋酸锌与氢氧化钠、生长辅助剂进行水热反应的步骤为：将醋酸锌、氢氧化钠及生长辅助剂溶解在乙醇中，得到混合液；然后将混合液在反应釜中反应6h～10h。其中，将醋酸锌与氢氧化钠、生长辅助剂进行水热反应的步骤中，醋酸锌与氢氧化钠、生长辅助剂的质量比为2:1:1～2:1:3。其中，生长辅助剂选自十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基苯磺酸钠(DBS)、乙二胺(EDA)、聚(氧乙烯)壬基酚(NP)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)及六亚甲基四胺(HMT)中的至少一种。进一步地，生长辅助剂为十六烷基三甲基溴化铵和乙二胺的混合物。具体地，十六烷基三甲基溴化铵和乙二胺的混合物中，十六烷基三甲基溴化铵与乙二胺的质量比为2:1～3:1。步骤S140：在200℃～250℃的条件下，将碳骨架与前驱体进行水热反应，得到反应物。其中，将碳骨架与前驱体进行水热反应的步骤中，反应的时间为24h～36h。具体地，采用设备为反应釜。其中，将碳骨架与前驱体进行水热反应的步骤包括：将前驱体用去离子水洗至中性，再与碳骨架进行水热反应。步骤S150：在保护气体的气氛下，将反应物煅烧，得到碳/氧化锌复合材料。其中，保护气体选自氮气及氩气中的一种。其中，将反应物煅烧的步骤中，煅烧的温度为400℃～600℃；煅烧的时间为2h～4h。具体地，采用的设备为管式炉。上述碳/氧化锌复合材料的制备方法制得的碳/氧化锌复合材料。该碳/氧化锌复合材料具有成本较低、电化学性能较好的优点。上碳/氧化锌复合材料在制备锂离子电池中的应用。比如，在制备锂离子电池负极中的应用。上述碳/氧化锌复合材料的制备方法至少具有如下优点：1)上述碳/氧化锌复合材料的制备方法通过将生物质材料制备成碳骨架，并将碳骨架与前驱体反应，再经过高温煅烧得到碳/氧化锌复合材料，其中，选择生物质材料作为碳源，基于生物质材料广泛且易于获取，大大降低了碳/氧化锌复合材料的成本；同时，生物质材料制得的碳骨架具有独特的天然骨架和孔道，使得锂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳/氧化锌复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在150℃～200℃的条件下，将生物质材料在碱溶液中进行水热反应，得到沉淀物，其中，所述生物质材料选自稻壳及玉米秸秆中的一种；在80℃～90℃的条件下，将所述沉淀物在酸溶液中回流，然后水洗至中性，得到碳骨架；在150℃～200℃的条件下，将醋酸锌与氢氧化钠、生长辅助剂进行水热反应，得到前驱体。在200℃～250℃的条件下，将所述碳骨架与所述前驱体进行水热反应，得到反应物；在保护气体的气氛下，将所述反应物煅烧，得到所述碳/氧化锌复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种碳/氧化锌复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在150℃～200℃的条件下，将生物质材料在碱溶液中进行水热反应，得到沉淀物，其中，所述生物质材料选自稻壳及玉米秸秆中的一种；在80℃～90℃的条件下，将所述沉淀物在酸溶液中回流，然后水洗至中性，得到碳骨架；在150℃～200℃的条件下，将醋酸锌与氢氧化钠、生长辅助剂进行水热反应，得到前驱体。在200℃～250℃的条件下，将所述碳骨架与所述前驱体进行水热反应，得到反应物；在保护气体的气氛下，将所述反应物煅烧，得到所述碳/氧化锌复合材料。2.根据权利要求1所述的碳/氧化锌复合材料的制备方法，其特征在于，所述碱溶液选自氢氧化钠溶液及氢氧化钾溶液中的一种。3.根据权利要求2所述的碳/氧化锌复合材料的制备方法，其特征在于，所述碱溶液的浓度为1moL/L～3moL/L。4.根据权利要求1所述的碳/氧化锌复合材料的制备方法，其特征在于，所述酸溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：李义，高岩，于开锋，曹兴刚，邹康迪，王中书，
申请(专利权)人：吉林大学，深圳市朗能电池有限公司，乾泰技术深汕特别合作区有限公司，深圳乾泰能源再生技术有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22