The invention belongs to the field of electrochemical technology, in particular to a ZnO nanosheet/carbon sponge flexible composite anode material and a preparation method thereof. The flexible composite anode material of the invention is a composite material composed of a porous self-supporting carbon sponge as a carrier and a zinc oxide (ZnO) two-dimensional nanosheet as an anode active material for lithium batteries, in which the zinc oxide load is high and the cycle is stable under high current density. The preparation steps of the invention are as follows: depositing ZnO on the surface of porous polyurethane template by atomic layer, removing organic template at high temperature to obtain ZnO nano-sheet, preparing ZnO nano-sheet dispersion solution, carbonizing melamine sponge at high temperature to obtain carbon sponge, immersing it in ZnO nano-sheet dispersion solution, drying and heat treatment at high temperature in inert atmosphere. ZnO nano-sheet/carbon sponge flexible composite material can be prepared directly for lithium battery anode without conductive agent and adhesive.
【技术实现步骤摘要】
一种ZnO纳米片/碳海绵柔性复合负极材料及其制备方法
本专利技术属于电化学
,具体涉及一种锂离子电池用负极材料及其制备方法。
技术介绍
提高负极材料的容量以及循环稳定性是满足锂离子电池在包括便携式电子设备中,电动汽车和智能电网等领域的应用的关键(M.V.Reddy,etal.,Chem.Rev.2013,113,5364)。但目前占市场比例最大的石墨负极材料,其容量仅有372mAhg-1,能量密度低,限制了其在高能锂电池中的进一步应用。过渡金属氧化物理论容量高,是目前锂离子电池领域研究的热点负极材料之一。氧化锌(ZnO)作为锂电池负极材料,理论容量高(978mAhg-1),储量丰富,是具有发展前景的锂电池负极材料之一(S.Shilpa,etal.,J.Mater.Chem.A2015,3,5344)。然而ZnO在充放电过程中会产生体积膨胀,引起颗粒破碎及SEI膜过渡生长等现象,造成容量的衰减,因此提高其循环稳定性尤其重要。构筑纳米结构或者与碳材料复合(包括表面包覆碳材料或与具有三维网状结构的碳材料复合)是目前提高循环稳定性的主要方法(G.L.Xu,etal.,NanoEnergy2015,18,253)。其中具有二维结构的ZnO纳米片,可以通过例如产生褶皱,弯曲等形变释放脱嵌锂产生的应力,可有效缓解材料的粉化,从而提高ZnO的循环稳定性(J.H.Liu,etal.,Adv.Mater.2012,24,4097.)。然而目前报道的金属氧化物电极活性物质的负载量<1mgcm-2,面容量<2mAhg-1,无法满足实际应用要求。增 ...
【技术保护点】
1.一种ZnO纳米片/碳海绵柔性复合负极材料的制备方法,其特征在于,具体步骤为:(1)ZnO纳米片制备:以多孔聚氨酯为模板,二乙基锌为锌源,去离子水为氧源,N2为载气和脉冲气体,在模板表面原子层沉积ZnO薄膜;将包覆有ZnO的聚氨酯置于O2氛围中,高温去除聚氨酯模板,得到ZnO纳米片;再将ZnO纳米片超声分散在酒精溶液中,配制成浓度为5‑30 mg mL‑1的ZnO纳米片分散液;(2)碳海绵的制备:将三聚氰胺海绵置于高温管式炉中,通入惰性气体,以5‑10℃/min升温速率升温至碳化温度,保持1‑3h,冷却后取出,得到碳海绵;(3)ZnO纳米片/碳海绵柔性复合负极材料制备:将步骤(2)制备的碳海绵浸入步骤(1)制备的ZnO纳米片分散液中,取出干燥,再次置于管式炉中,通入惰性气体,进行热处理,即得到ZnO纳米片/碳海绵柔性复合负极材料。
【技术特征摘要】
1.一种ZnO纳米片/碳海绵柔性复合负极材料的制备方法,其特征在于,具体步骤为:(1)ZnO纳米片制备:以多孔聚氨酯为模板,二乙基锌为锌源,去离子水为氧源,N2为载气和脉冲气体,在模板表面原子层沉积ZnO薄膜;将包覆有ZnO的聚氨酯置于O2氛围中,高温去除聚氨酯模板,得到ZnO纳米片;再将ZnO纳米片超声分散在酒精溶液中,配制成浓度为5-30mgmL-1的ZnO纳米片分散液;(2)碳海绵的制备:将三聚氰胺海绵置于高温管式炉中,通入惰性气体,以5-10℃/min升温速率升温至碳化温度,保持1-3h,冷却后取出,得到碳海绵;(3)ZnO纳米片/碳海绵柔性复合负极材料制备:将步骤(2)制备的碳海绵浸入步骤(1)制备的ZnO纳米片分散液中,取出干燥,再次置于管式炉中,通...
【专利技术属性】
技术研发人员:黄高山,赵宇婷,梅永丰,
申请(专利权)人:复旦大学,
类型:发明
国别省市:上海,31
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