一种花状纳米Fe掺杂ZnCo制造技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，且公开了一种花状纳米Fe掺杂ZnCo

【技术实现步骤摘要】
一种花状纳米Fe掺杂ZnCo2O4负载石墨烯的负极材料及制法
本专利技术涉及锂离子电池
，具体为一种花状纳米Fe掺杂ZnCo2O4负载石墨烯的负极材料及制法。
技术介绍
与传统的镍氢电池、铅酸电池相比，锂离子电池具有能量密度大、输出电压高、使用寿命长，制造成本相对较低等优点，使其在储能领域具有重要的应用，如手机、笔记本电脑、电动汽车、航天航空等方面，目前锂离子电池的负极材料主要为石墨碳负极材料，来源广泛、成本低廉，但是石墨碳负极材料的理论比容量很低，导致锂离子电池无法满足在大型的储能装置和能源转换系统中的应用，因此需要开发实际比容量高、循环性能稳定的锂离子电池负极材料。过渡金属氧化物如Fe3O4、Co3O4、NiCo2O4、ZnCo2O4等具有很高的理论比容量，并且来源丰富，廉价易得，在锂离子电池负极材料中研究广泛，是一种极具发展前景的负极活性材料，但是ZnCo2O4的本征电导率和离子扩散系数较低，不利于电荷和锂离子的传输，影响负极材料的倍率性能和实际比容量，并且ZnCo2O4负极材料在锂离子脱嵌过程中会发生严重的体积膨胀，导致负极材料粉化、团聚，使基体结构塌陷，降低了负极材料的循环性能。(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种花状纳米Fe掺杂ZnCo2O4负载石墨烯的负极材料及制法，解决了ZnCo2O4负极材料的倍率性能和实际比容量不高，循环性能较差的问题。(二)技术方案为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种花状纳米Fe掺杂ZnCo2O4负载石墨烯的负极材料，所述花状纳米Fe掺杂ZnCo2O4负载石墨烯的负极材料制备方法如下：(1)向反应瓶中加入去离子水和乙二醇混合溶剂，再加入硝酸锌、硝酸钴、硝酸铁和尿素，匀速搅拌1-2h，将反应瓶置于微波反应装置中，加热至130-150℃，反应30-60min，抽滤除去溶剂，使用去离子水和乙醇洗涤并干燥，制备得到花状纳米Fe掺杂ZnCo2O4，Fe掺杂ZnCo2O4的分子式为ZnFe0.15-0.35Co1.65-1.85O4。(2)向反应瓶中加入去离子水和氧化石墨烯，超声分散均匀后加入氨水，调节溶液pH至10-11，再加入乙二胺，在氮气氛围中，加热至90-110℃，回流反应12-24h，过滤除去溶剂，使用去离子水和乙醇洗涤并干燥，制备得到氨基功能化石墨烯。(3)向反应瓶中加入乙醚溶剂、氨基功能化石墨烯、六氯环三磷腈和吡啶，在冰水浴中匀速搅拌反应12-24h，再加入乙醇溶剂，在室温下搅拌反应24-48h，减压蒸馏除去溶剂，使用去离子水和乙醇洗涤并干燥，制备得到环三磷腈功能化石墨烯。(4)将环三磷腈修饰石墨烯置于气氛炉中，进行高温热处理，制备得到N,P共掺杂石墨烯。(5)向反应瓶中加入去离子水、N,P共掺杂石墨烯和花状纳米Fe掺杂ZnCo2O4，超声分散均匀后将溶液倒入反应釜中，加热至160-180℃，反应6-12h，过滤除去溶剂，制备得到花状纳米Fe掺杂ZnCo2O4负载石墨烯。(6)向反应瓶中加入N-甲基吡咯烷酮溶剂、花状纳米Fe掺杂ZnCo2O4负载石墨烯、乙炔黑和聚偏氟乙烯，混合均匀后涂覆在泡沫镍表面并干燥，制备得到花状纳米Fe掺杂ZnCo2O4负载石墨烯的锂离子电池负极材料。优选的，所述步骤(1)中硝酸锌、硝酸钴、硝酸铁和尿素的物质的量比为1:1.65-1.85:0.15-0.35:12-15。优选的，所述步骤(1)中微波反应装置包括微波发射器，微波反应装置内部固定连接有电机，电机活动连接有旋转轴，旋转轴上方活动连接有底座，底座上方设置有反应瓶，底座内部活动连接有滑块，滑块活动连接有移动板。优选的，所述步骤(2)中氧化石墨烯和乙二胺的质量比为100:25-60。优选的，所述步骤(3)中氨基功能化石墨烯、六氯环三磷腈和吡啶的质量比为10:80-120:200-300。优选的，所述步骤(4)中高温热处理为氮气氛围，在800-900下热处理2-3h。优选的，所述步骤(5)中N,P共掺杂石墨烯和花状纳米Fe掺杂ZnCo2O4的质量比为40-80:10。(三)有益的技术效果与现有技术相比，本专利技术具备以下有益的技术效果：该一种花状纳米Fe掺杂ZnCo2O4负载石墨烯的负极材料，以尿素作为沉淀剂，通过简单高效的微波水热法，制备得到花状纳米Fe掺杂ZnCo2O4，Fe掺杂取代了部分Co的晶格，有利于降低ZnCo2O4的电阻率，提高其本征电导率，并且Fe掺杂在ZnCo2O4晶体中产生缺陷，为锂离子传输提供扩散通道，同时花状纳米Fe掺杂ZnCo2O4具有独特的纳米花瓣状形貌，比表面积巨大，具有丰富锂离子脱嵌位点，使负极材料具有优异的电子导电率和锂离子扩散系数，从而提高了倍率性能和实际比容量。该一种花状纳米Fe掺杂ZnCo2O4负载石墨烯的负极材料，在敷酸剂吡啶的促进作用下，六氯环三磷腈的氯原子与氨基功能化石墨烯的氨基进行亲核取代反应，然后在乙醇取代未反应的氯原子，得到环三磷腈接枝的功能化石墨烯，环三磷腈基团通过化学键的连接，高度分散在石墨烯基体中，以环三磷腈进一步通过高温碳化，得到N,P共掺杂石墨烯，再与花状纳米Fe掺杂ZnCo2O4复合，作为锂离子电池负极活性材料，N掺杂可以调节石墨烯的电子排布，提高石墨烯的电化学性能，并且N掺杂在石墨烯碳层基体中形成吡啶氮结构，吡啶氮可以提高石墨烯的储锂容量，P掺杂在石墨烯碳层中形成结构缺陷，拓宽石墨烯的片层间距，进一步提高比表面积，花状纳米Fe掺杂ZnCo2O4在N,P共掺杂石墨烯的包覆作用下，有效缓解了体积膨胀的现象，避免了负极材料基体损耗导致容量快速衰减，在协同作用下使花状纳米Fe掺杂ZnCo2O4负载石墨烯的负极材料具有优异的实际比容量和循环稳定性。附图说明图1是微波反应装置正面示意图；图2是底座放大示意图；图3移动板调节示意图。1-微波反应装置；2-微波发射器；3-电机；4-旋转轴；5-底座；6-反应瓶；7-滑块；8-移动板。具体实施方式为实现上述目的，本专利技术提供如下具体实施方式和实施例：一种花状纳米Fe掺杂ZnCo2O4负载石墨烯的负极材料，制备方法如下：(1)向反应瓶中加入去离子水和乙二醇混合溶剂，再加入物质的量比为1:1.65-1.85:0.15-0.35:12-15的硝酸锌、硝酸钴、硝酸铁和尿素，匀速搅拌1-2h，将反应瓶置于微波反应装置中，微波反应装置包括微波发射器，微波反应装置内部固定连接有电机，电机活动连接有旋转轴，旋转轴上方活动连接有底座，底座上方设置有反应瓶，底座内部活动连接有滑块，滑块活动连接有移动板，加热至130-150℃，反应30-60min，抽滤除去溶剂，使用去离子水和乙醇洗涤并干燥，制备得到花状纳米Fe掺杂ZnCo2O4，分子式为ZnFe0.15-0.35Co1.65-1.85O4。(2)向反应瓶中加入去离子水和氧化石墨烯，超声分散均匀后加入氨水，调节溶液pH至10-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种花状纳米Fe掺杂ZnCo

【技术特征摘要】
1.一种花状纳米Fe掺杂ZnCo2O4负载石墨烯的负极材料，其特征在于：所述花状纳米Fe掺杂ZnCo2O4负载石墨烯的负极材料制备方法如下：
(1)向去离子水和乙二醇混合溶剂中加入硝酸锌、硝酸钴、硝酸铁和尿素，搅拌1-2h，置于微波反应装置中，加热至130-150℃，反应30-60min，制备得到花状纳米Fe掺杂ZnCo2O4；
(2)向去离子水中加入氧化石墨烯，超声分散均匀后加入氨水，调节溶液pH至10-11，再加入乙二胺，在氮气氛围中，加热至90-110℃，回流反应12-24h，制备得到氨基功能化石墨烯；
(3)向乙醚溶剂中加入氨基功能化石墨烯、六氯环三磷腈和吡啶，在冰水浴中反应12-24h，再加入乙醇溶剂，在室温下搅拌反应24-48h，制备得到环三磷腈功能化石墨烯；
(4)将环三磷腈修饰石墨烯置于气氛炉中，进行高温热处理，制备得到N,P共掺杂石墨烯；
(5)向去离子水中加入N,P共掺杂石墨烯和花状纳米Fe掺杂ZnCo2O4，超声分散均匀后将溶液倒入反应釜中，加热至160-180℃，反应6-12h，制备得到花状纳米Fe掺杂ZnCo2O4负载石墨烯；
(6)向反应瓶中加入N-甲基吡咯烷酮溶剂、花状纳米Fe掺杂ZnCo2O4负载石墨烯、乙炔黑和聚偏氟乙烯，混合均匀后涂覆在泡沫镍表面并干燥，制备得到花状纳米Fe掺杂ZnCo2O4负载石墨烯的锂离子电池负极材料。


2.根据权利要求1所述的一种花状纳米Fe掺杂ZnCo2O4负载石墨烯的负极材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊红梅，
申请(专利权)人：熊红梅，
类型：发明
国别省市：江西;36