本发明专利技术涉及锂离子负极材料技术领域，公开了一种柿饼状核壳结构C/ZnO锂离子电池负极材料及其制备方法。本发明专利技术以无水乙醇、乙酸锌二水、乙醇胺、葡萄糖等为原料，严格控制其水热反应的时间和温度，从而能制得柿饼状核壳结构C/ZnO材料，这种特殊形貌的柿饼状核壳结构C/ZnO极大提高了现有ZnO负极材料的导电性和稳定性，从而显著改善了其电化学性能。一方面可以降低充放电过程中体积变化造成的应力变化，另一方面柿饼状的形貌增大了比表面积，有效地改善锂离子电池的循环性能。此外，碳的存在提高了ZnO负极材料的导电性。
【技术实现步骤摘要】
一种柿饼状核壳结构C/ZnO锂离子电池负极材料及其制备方法
本专利技术涉及锂离子负极材料
，更具体地，涉及一种柿饼状核壳结构C/ZnO锂离子电池负极材料及其制备方法。
技术介绍
能源和材料是支撑当今人类文明和保障社会发展最重要的物质基础。锂离子电池由于具有工作电压高，比能量高，无记忆效应，对环境无污染等显著特点而被广泛应用，如便携式仪器等电子装置小型轻量化的理想电源，电动汽车，手机等领域。激发了大量科研人员对锂离子负极材料的研究和探索，目前石墨材料的理论比容量只有375mAh/g,逐渐不能满足人类当今社会对电池的应用要求。锂离子电池的负极材料主要是作为储锂的主体，在充放电过程中实现锂离子的嵌入和脱嵌。从锂离子的发展来看，负极材料的研究对锂离子电池的出现起到决定性作用。常见的锂离子电池负极材料，如石墨负极材料、钛系负极材料等，但石墨负极材料由于其电位与金属锂电极的电位很接近，所以当电池反复循环和过充时，石墨表面易析出金属锂,会因形成枝晶而短路，在温度过高时还容易引起热失控。钛系负极材料导电性能很差，且相对于金属锂的电位较高而量较低的特点。对于氧化物负极材料，如SnO2，MoS2和过渡金属氧化物，在这些材料中，过渡金属氧化物由于具备高容量和高安全性能，有望成为下一代高性能锂离子电池负极材料。氧化锌(ZnO)用作锂离子电池负极材料时的理论容量可达978mA·h/g。但块状ZnO用作锂离子电池负极材料时，电子传导率低，充放电过程中体积变化大，电接触损失大，与其他过渡金属氧化物相比，电化学性能较差。目前有很多研究工作通过对ZnO进行纳米化，在一定程度上解决了ZnO自身的结构带来的本征缺陷。将ZnO制备成一系列具有纳米结构的复合材料，如零维ZnO纳米结构、一维纳米结构、二维ZnO纳米结构，多维ZnO纳米结构以及棒状、球状等，虽然改变了ZnO固有的形貌结构，能够增大电接触面积，改善锂离子电池的循环性能。但是块状ZnO微米颗粒的锂离子插入距离较长，对锂离子的存储能力较低，初始放电容量较低。ZnO纳米结构在循环几次中，放电量出现明显下降，可逆容量低。因此，获得和保持ZnO电极材料高的可逆容量、良好循环性能和优异的倍率性能仍是一个很大的挑战。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服Zn和ZnO材料本身低的电子导电性和慢的锂离子扩散速率降低了材料的循环性能和倍率性能；此外，LiZn合金的形成带来了体积的显著变化，导致活性材料的粉碎和电子隔离，电池容量急剧衰减和差的循环性能。提供一种比容量高、循环性能好、充放电效率高且结构稳定的柿饼状核壳结构C/ZnO锂离子电池负极材料制备方法。本专利技术以无水乙醇、乙酸锌二水、乙醇胺、葡萄糖等为原料，采用简单的水热法，获得了具有高的可逆容量、良好的循环性能和倍率性能的锂离子电池负极材料。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：提供一种柿饼状核壳结构C/ZnO锂离子电池负极材料制备方法，包括以下步骤：S1.制备实心碳球；S2.将乙酸锌完全溶解到有机溶剂中，然后依次加入乙醇胺、实心碳球，其中乙酸锌：乙醇胺：实心碳球的质量比为1～3:2.04～4.08：0.6～0.9，搅拌均匀后转移到反应釜中，在150～180℃下进行水热反应，反应时间为2～6h，反应完后离心得到黑色产物，并干燥；S3.将干燥后的产物先以600～800℃煅烧，煅烧时间为2～6h，得到黑色产物，然后再以400～600℃煅烧，煅烧时间为2～6h，最终获得白色产物的柿饼状核壳结构C/ZnO锂离子电池负极材料。本专利技术的原理在于，将实心碳球和ZnO的添加量固定成比例，严格控制其水热反应的时间和温度，从而能制得柿饼状核壳结构C/ZnO材料，这种特殊形貌的柿饼状核壳结构C/ZnO极大提高了现有ZnO负极材料的导电性和稳定性，从而显著改善了其电化学性能。一方面可以降低充放电过程中体积变化造成的应力变化，另一方面柿饼状的形貌增大了比表面积，有效地改善锂离子电池的循环性能。此外，碳的存在提高了ZnO负极材料的导电性。进一步地，本专利技术还提供所述实心碳球的制备方法，包括以下步骤：S11.制备浓度为0.04～0.133g/ml葡萄糖水溶液，然后加入反应釜内进行水热反应，温度为120～160℃，反应时间为24h，反应完后自然冷却，离心至pH至7，然后干燥，将干燥后的产品进行煅烧，得到实心碳球。进一步地，步骤S11中煅烧温度为700～800℃，煅烧时间为2～6h。优选地，步骤S2中所述有机溶剂为乙醇。优选地，步骤S2中所述乙酸锌的浓度为0.02～0.1g/ml。优选地，所述乙酸锌通过超声完全溶解到有机溶剂中。优选地，步骤S2中搅拌时间为6h。本专利技术还提供一种采用上述方法制备得到的柿饼状核壳结构C/ZnO锂离子电池负极材料，应用于锂离子电池的负极材料。与现有技术相比，本专利技术有以下有益效果：本专利技术合成的这种柿饼状结构增大了比表面积，有效地改善锂离子电池的循环性能，降低充放电过程中体积变化造成的应力变化。提高了锂离子电池的充放电效率，也可以使锂离子在充放电过程中自由的嵌入和脱嵌，对材料的循环性能和充放电效率的提高具有极大的促进作用。此外，碳的存在提高了ZnO负极材料的导电性。本专利技术合成的柿饼状C/ZnO使锂离子电池的循环性能和初始充放电容得到提高，同时也提高锂离子电池的倍率性能，以及高可逆性能和良好的循环性能。本专利技术合成的柿饼状核壳结构C/ZnO负极材料有比容量高，循环性能好，成本低，无污染等优点。同时柿饼状核壳结构C/ZnO负极材料制备方法工艺简单、容易操作。本专利技术合成的柿饼状核壳结构C/ZnO负极材料有良好的电化学稳定性循环的放电容量达422.39mA∙h/g，表明这种柿饼状C/ZnO材料具有高的比容量。且在经过100次循环后，其放电容量仍保持在330.26mA∙h/g，表明这种柿饼状C/ZnO材料结构稳定，循环寿命长。柿饼状C/ZnO在40mA/g的电流密度下进行100次循环其首次库伦效率为91.6%。这进一步表明柿饼状核壳结构C/ZnO负极材料具有良好的充放电稳定性和优异的循环性能。附图说明图1为柿饼状核壳结构C/ZnO负极材料XRD图。图2为柿饼状核壳结构C/ZnO负极材料扫描电镜图。图3为柿饼状核壳结构C/ZnO负极材料经过1次、10次、100次的充放电曲线。图4为柿饼状核壳结构C/ZnO负极材料在40mA/g的电流密度下进行100次循环的循环性能图。具体实施方式下面结合具体实施例进一步说明本专利技术。以下实施例仅为示意性实施例，并不构成对本专利技术的不当限定，本专利技术可以由
技术实现思路
限定和覆盖的多种不同方式实施。除非特别说明，本专利技术采用的试剂、化合物和设备为本
常规试剂、化合物和设备。实施例1本实施例提供一种柿饼状核壳结构C/ZnO锂离子电池负极材料制备方法，包括以下步骤：S1.制备实心碳球；S2.用量筒量取50ml乙醇于100ml烧杯中，称取3g乙酸锌二水置于盛有乙醇烧杯中，超声，使乙酸锌二水充分溶解，用滴定管量取4ml乙醇胺加入含乙酸锌二水、乙醇溶液中，称取实心碳球0.9g于上述混合溶液中，搅拌6h，将溶液转移到反应釜中，在180℃下进行水热反应，反应时间为6h，将其离心后得到黑色产物，在烘箱中烘干；S3.将干燥后的产物在管式炉中以800℃煅烧，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种柿饼状核壳结构C/ZnO锂离子电池负极材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.制备实心碳球；S2.将乙酸锌完全溶解到有机溶剂中，然后依次加入乙醇胺、实心碳球，其中乙酸锌：乙醇胺：实心碳球的质量比为1～3:2.04～4.08：0.6～0.9，搅拌均匀后转移到反应釜中，在150～180℃下进行水热反应，反应时间为2～6h，反应完后离心得到黑色产物，并干燥；S3.将干燥后的产物先以600～800℃煅烧，煅烧时间为2～6h，得到黑色产物，然后再以400～600℃煅烧，煅烧时间为2～6h，最终获得白色产物的柿饼状核壳结构C/ZnO锂离子电池负极材料。
【技术特征摘要】
1.一种柿饼状核壳结构C/ZnO锂离子电池负极材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.制备实心碳球；S2.将乙酸锌完全溶解到有机溶剂中，然后依次加入乙醇胺、实心碳球，其中乙酸锌：乙醇胺：实心碳球的质量比为1～3:2.04～4.08：0.6～0.9，搅拌均匀后转移到反应釜中，在150～180℃下进行水热反应，反应时间为2～6h，反应完后离心得到黑色产物，并干燥；S3.将干燥后的产物先以600～800℃煅烧，煅烧时间为2～6h，得到黑色产物，然后再以400～600℃煅烧，煅烧时间为2～6h，最终获得白色产物的柿饼状核壳结构C/ZnO锂离子电池负极材料。2.根据权利要求1所述柿饼状核壳结构C/ZnO锂离子电池负极材料制备方法，其特征在于，步骤S1中所述实心碳球的制备方法如下：S11.制备浓度为0.04～0.133g/ml葡萄糖水溶液，然后加入反应釜内进行水热反应，温度为120～160℃，反应时间为24h，反应完后自然冷却，离心至pH...
【专利技术属性】
技术研发人员：周伟，谢德梅，郑佳玲，
申请(专利权)人：湖南工业大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43
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