一种NiO-ZnO复合材料及其制备方法与锂离子电池技术

本发明专利技术公开一种NiO‑ZnO复合材料及其制备方法与锂离子电池。本发明专利技术采用简单的水热法结合煅烧处理制备得到双组分NiO‑ZnO复合材料。与单组分NiO和ZnO对比，双组分NiO‑ZnO复合材料具有优异的电化学性能，其主要原因是NiO与ZnO形成的异质结界面处形成了内电场，增强了纳米颗粒之间的电子传递；同时利用双组分的协同效应来缓冲体积变化引起的应力和保持结构的完整性，进而提高材料的循环性能；而且在首次放电过程中产生了大量的单质Ni和单质Zn具有电化学催化作用，能够促进反应的进行，从而提高材料的电化学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种NiO-ZnO复合材料及其制备方法与锂离子电池
本专利技术涉及复合材料
，尤其涉及一种NiO-ZnO复合材料及其制备方法与锂离子电池。
技术介绍
21世纪以来，由经济急速发展所引起的能源和环保问题日渐突出，人们对清洁和可持续能源的需求逐渐增加，锂离子电池作为一种新型绿色能源而备受关注。在锂离子电池中，负极材料是其重要的组成部分，作为储锂的主体对锂离子电化学性能起着决定性作用。目前，商业化的锂离子电池负极材料主要是石墨，其较低的理论容量（372mAh·g-1）远远不能满足人们高能量密度电池的需求。过渡金属氧化物因其具有较高的理论容量（>600mAh·g-1）和良好的存储锂能力而被认为是一种很有潜力的负极材料。然而，电子电导率低，体积膨胀和电压滞后等是过渡金属氧化物作为锂离子电池负极材料所要面临的三大问题。低的电子电导率限制了电子的传输，阻碍了电极材料的电子传输能力，从而影响过渡金属氧化物与锂的转化反应，导致极化大、能量效率低、循环性能差。体积膨胀破坏了活性材料的结构，导致材料的循环稳定性差。放电电位与充电电位之间存在电压滞后现象，导致能量效率低。为了解决过渡金属氧化物所存在的问题，提高材料的电化学性能，通常对过渡金属氧化物采取纳米化、结构优化以及复合化等改性策略。Wang等通过电化学沉积法在铜箔上沉积0DMn3O4纳米粒子，在936mA·g-1的电流密度下首次充放电比容量为622和919mAh·g-1，循环85圈后可逆比容量维持在882mAh·g-1；Liu等以溶胶-凝胶法为基础，用纳米级的NiO凝胶层覆盖滤纸，通过在马弗炉中煅烧制备成中空的NiO纳米管材料。较高的比表面和稳定的空心结构决定了其电极材料的高比容量和良好的循环稳定性，在电流密度为1000mA·g-1下循环100圈，可逆比容量仍有570mAh·g-1；Xiang等通过在碱性电镀镍溶液中采用电沉积法将Ni纳米颗粒包覆在花状CuO的表面形成CuO/Ni复合材料，镍单质的存在将花状CuO的首次库伦效率从57%提升至72.1%，且经过50次循环后容量保持率仍有94.3%。可见，过渡金属氧化物负极材料的研究虽然有了一定的发展，但应用于高容量、良好循环性能的锂离子电池仍需要进一步深入研究。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种NiO-ZnO复合材料及其制备方法与锂离子电池，旨在解决现有负极材料电子电导率低，体积膨胀和电压滞后等缺陷导致的锂离子电池电化学性能差的问题。本专利技术的技术方案如下：一种NiO-ZnO复合材料的制备方法，其中，包括步骤：（1）首先取镍盐和锌盐溶解在去离子水中，搅拌形成均一混合液；（2）再将尿素加入到上述均一混合液中搅拌，然后转移到聚四氟乙烯反应釜中，接着放入均相反应器中高温160-200℃反应8-16h；（3）待反应结束，冷却至室温后，依次经抽滤分离、洗涤和干燥得到NiO-ZnO复合材料前驱体；（4）最后将干燥后的NiO-ZnO复合材料前驱体通过马弗炉高温400-700℃煅烧2-6h，制得NiO-ZnO复合材料。所述的NiO-ZnO复合材料的制备方法，其中，步骤（1）中，所述镍盐和锌盐的摩尔比为（1-3）：（1-3）。所述的NiO-ZnO复合材料的制备方法，其中，步骤（1）中，所述镍盐为硝酸镍或乙酸镍。所述的NiO-ZnO复合材料的制备方法，其中，步骤（1）中，所述锌盐为硝酸锌或乙酸锌。所述的NiO-ZnO复合材料的制备方法，其中，步骤（3）中，所述洗涤的过程包括：分别用去离子水和无水乙醇清洗三次。所述的NiO-ZnO复合材料的制备方法，其中，步骤（3）中，所述干燥的过程包括：在70℃鼓风干燥箱中干燥8h。一种NiO-ZnO复合材料，其中，采用本专利技术所述的NiO-ZnO复合材料的制备方法制备得到。所述的NiO-ZnO复合材料，其中，所述NiO-ZnO复合材料为纳米颗粒，所述纳米颗粒的粒径为80-120nm。一种锂离子电池，包括负极，其中，所述负极材料包括本专利技术所述的NiO-ZnO复合材料。有益效果：与单组分NiO和ZnO对比，双组分NiO-ZnO复合材料具有优异的电化学性能，其主要原因是NiO与ZnO形成的异质结界面处形成了内电场，增强了纳米颗粒之间的电子传递；同时利用双组分的协同效应来缓冲体积变化引起的应力和保持结构的完整性，进而提高材料的循环性能；而且在首次放电过程中产生了大量的单质Ni和单质Zn具有电化学催化作用，能够促进反应的进行，从而提高材料的电化学性能。附图说明图1是本专利技术具体实施例4中NiO-ZnO复合材料的制备流程图。图2是本专利技术具体实施例4制得的NiO-ZnO复合材料、NiO、ZnO的场发射扫描电子显微镜SEM图。图3是本专利技术具体实施例4制得的NiO-ZnO复合材料、NiO、ZnO的XRD图。图4是本专利技术具体实施例4制得的NiO-ZnO复合材料、NiO、ZnO的循环性能图。图5是本专利技术具体实施例4制得的NiO-ZnO复合材料、NiO、ZnO的倍率性能图。具体实施方式本专利技术提供一种NiO-ZnO复合材料及其制备方法与锂离子电池，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提供一种NiO-ZnO复合材料的制备方法，其中，包括步骤：（1）首先取镍盐和锌盐溶解在去离子水中，搅拌形成均一混合液（呈淡绿色）；（2）再将尿素加入到上述均一混合液中搅拌，然后转移到聚四氟乙烯反应釜中，接着放入均相反应器中高温160-200℃反应8-16h；（3）待反应结束，冷却至室温后，依次经抽滤分离、洗涤和干燥得到NiO-ZnO复合材料前驱体；（4）最后将干燥后的NiO-ZnO复合材料前驱体通过马弗炉高温400-700℃煅烧2-6h，制得NiO-ZnO复合材料。本专利技术实施例采用简单的水热法结合煅烧处理制备得到双组分NiO-ZnO复合材料。与单组分NiO和ZnO对比，双组分NiO-ZnO复合材料具有优异的电化学性能，其主要原因是NiO与ZnO形成的异质结界面处形成了内电场，增强了纳米颗粒之间的电子传递；同时利用双组分的协同效应来缓冲体积变化引起的应力和保持结构的完整性，进而提高材料的循环性能；而且在首次放电过程中产生了大量的单质Ni和单质Zn具有电化学催化作用，能够促进反应的进行，从而提高材料的电化学性能。NiO-ZnO复合材料利用多氧化物复合材料中的这些成分在不同电位下具有不同的电化学活性。当一种过渡金属氧化物嵌入Li+时，其它氧化物可以作为缓冲基体，反之亦然。重要的是，与过渡金属氧化物和碳复合材料相比，每种氧化物都是可以储存锂的活性物质，从而可以提供更高的比容量。步骤（1）中，优选的，所述镍盐和锌盐的摩尔比为（1-3）：（1-3），不同镍盐和锌盐的摩尔比对产物的形貌影响很大，进而影响电池的电化学性能。在上述摩尔比范围内，获得的电池具有较佳的电化学性能。步骤（1）中，优选的，所述镍盐为硝酸镍或乙酸镍。步骤（1）中，优选的，所述锌盐为硝酸锌或乙酸锌。步骤（3）中，优选的，所述洗涤的过程包括：分别用去离子水和无水乙醇清洗三次。步骤（3）中，优选的，所述干燥的过程包括：在70℃鼓风干本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种NiO‑ZnO复合材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：（1）首先取镍盐和锌盐溶解在去离子水中，搅拌形成均一混合液；（2）再将尿素加入到上述均一混合液中搅拌，然后转移到聚四氟乙烯反应釜中，接着放入均相反应器中高温160‑200℃反应8‑16h；（3）待反应结束，冷却至室温后，依次经抽滤分离、洗涤和干燥得到NiO‑ZnO复合材料前驱体；（4）最后将干燥后的NiO‑ZnO复合材料前驱体通过马弗炉高温400‑700℃煅烧2‑6h，制得NiO‑ZnO复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种NiO-ZnO复合材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：（1）首先取镍盐和锌盐溶解在去离子水中，搅拌形成均一混合液；（2）再将尿素加入到上述均一混合液中搅拌，然后转移到聚四氟乙烯反应釜中，接着放入均相反应器中高温160-200℃反应8-16h；（3）待反应结束，冷却至室温后，依次经抽滤分离、洗涤和干燥得到NiO-ZnO复合材料前驱体；（4）最后将干燥后的NiO-ZnO复合材料前驱体通过马弗炉高温400-700℃煅烧2-6h，制得NiO-ZnO复合材料。2.根据权利要求1所述的NiO-ZnO复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述镍盐和锌盐的摩尔比为（1-3）：（1-3）。3.根据权利要求1所述的NiO-ZnO复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述镍盐为硝酸镍或乙酸镍。4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙灵娜，袁知洋，李少军，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44