氧化鋅修飾的石墨烯鋰離子電池負極材料的制備方法技術

本發明專利技術公開了一種氧化鋅修飾的石墨烯鋰離子電池負極材料的制備方法：1）將石墨烯粉末和氧化鋅粉末以重量比例1:10-100:1的比例混合均勻；2）將步驟1）得到的混合物放入反應爐中加熱至500℃至1800℃，并保持通入保護氣體，按照設定的反應時間保溫；3）反應時間達到設定時間后隨爐冷卻至室溫,得到氧化鋅修飾的石墨烯鋰離子電池負極材料。本發明專利技術方法工藝簡單，得到的氧化鋅修飾的石墨烯負極材料充分結合了氧化鋅材料較高的理論容量以及石墨烯高導電性、高比表面積的優勢；同時，在石墨烯與氧化鋅粉末反應過程中在所得到的氧化鋅修飾的石墨烯片層中形成微孔，利于鋰離子在所得到的負極材料中間的快速傳輸，提高了充放電速度。

【技術實現步驟摘要】
氧化鋅修飾的石墨烯鋰離子電池負極材料的制備方法
本專利技術屬于鋰電池制造
，具體涉及一種鋰離子電池用氧化鋅修飾的石墨烯負極材料的制備方法。
技術介紹
石墨是目前商用鋰離子電池的主要負極材料，在充電過程中，鋰離子嵌入石墨中形成石墨與鋰的層間化合物。石墨具有良好的充放電電壓平臺，理論容量為372mAh/g，同時，由于鋰離子嵌入石墨層間的時間較長，因而石墨電極的充放電速度較慢。近年來，隨著移動電子設備對電源續航能力以及充電時間的要求越來越高，傳統的石墨電極逐漸不能滿足高性能鋰離子電池的要求。在此背景下，石墨烯由于高的導電性以及高比表面積等性質成為鋰電池負極材料的熱點材料。與石墨烯相比，石墨烯原子層的兩側可以分別吸附鋰離子。因此，單層石墨烯理論容量可以達到石墨的兩倍，為744mAh/g。另外，由于石墨烯片層之間孔隙率的增加，鋰離子的吸附和脫附過程可以非常快速。對于負極應用來說，氧化鋅具有幾倍于碳材料的理論容量。但氧化鋅材料作為鋰離子電池的負極材料存在一個較大的缺陷，就是在鋰離子的吸附和脫附過程中，體積變化大，較大的應力會破壞導電通路，導致充放電循環形成極差；另外，氧化鋅的電子遷移率較低，造成鋰離子電池內阻較大。
技術實現思路
針對上述現有技術存在的問題，本專利技術提供了一種氧化鋅修飾的石墨烯鋰離子電池負極材料的制備方法，其通過一步反應法獲得氧化鋅修飾的石墨烯作為鋰離子電池的負極材料，充分結合氧化鋅比容量高以及石墨烯高導電性、高比表面積的優點，獲得了容量高、充放電速度快的負極材料。本專利技術采取如下技術方案：氧化鋅修飾的石墨烯鋰離子電池負極材料的制備方法，其按如下步驟進行：1）將石墨烯粉末和氧化鋅粉末以重量比例1:10-100:1的比例混合均勻；2）將步驟1）得到的混合物放入反應爐中加熱至500℃至1800℃，并保持通入保護氣體，按照設定的反應時間保溫；3）反應時間達到設定時間后隨爐冷卻至室溫,得到氧化鋅修飾的石墨烯鋰離子電池負極材料。優選的，石墨烯粉末是單層或者多層石墨烯粉末，層數為1~10層，粉末片徑為0.05~40um。優選的，氧化鋅粉末粒徑為10~100nm。優選的，保護氣體可以是氬氣、氮氣、氫氣、氦氣、氖氣或者其中幾種的混合氣體。優選的，反應時間為1分鐘-10小時。優選的，所述的反應時間為30分鐘-5小時。優選的，加熱溫度為1000℃至1500℃。本專利技術氧化鋅鋅修飾的石墨烯鋰離子電池負極材料的制備方法，其負極材料由石墨烯與氧化鋅粉末在一定溫度下一步反應得到。本專利技術方法工藝簡單，得到的氧化鋅修飾的石墨烯負極材料充分結合了氧化鋅材料較高的理論容量以及石墨烯高導電性、高比表面積的優勢；同時，在石墨烯與氧化鋅粉末反應過程中在所得到的氧化鋅修飾的石墨烯片層中形成微孔，利于鋰離子在所得到的負極材料中間的快速傳輸，提高了充放電速度。附圖說明圖1為實施例1氧化鋅修飾的石墨烯負極材料循環性能曲線。具體實施方式以下結合附圖對本專利技術優選實施例作詳細說明。實施例1：1）將原子層數為1-5層的石墨烯粉末（粉末的片徑為1um）和氧化鋅粉末（粒徑為20nm）以重量比例100:1的比例球磨混合均勻；2）將步驟1）得到的混合物放入管式反應爐中加熱至1500℃，并保持通入保護氣體氬氣，反應30分鐘；3）反應時間達到設定時間后隨爐冷卻至室溫，得到氧化鋅修飾的石墨烯鋰離子電池負極材料。將得到的負極材料進行容量測試，結果如附圖1所示，初始容量達到1180mAh/g，循環充放電50次以后，所得負極材料容量仍然保持在1000mAh/g以上。實施例2：1）將原子層數為10層的石墨烯粉末（粉末的片徑為10um）和氧化鋅粉末（粒徑為50nm）以重量比例1:10的比例球磨混合均勻；2）將步驟1）得到的混合物放入箱式反應爐中加熱至500℃，并保持通入保護氣體氮氣，反應10小時；3）反應時間達到設定時間后隨爐冷卻至室溫，得到氧化鋅修飾的石墨烯鋰離子電池負極材料。實施例3：1）將單層石墨烯粉末（粉末的片徑為30um）和氧化鋅粉末（粒徑為80nm）以重量比例1:1的比例攪拌混合均勻；2）將步驟1）得到的混合物放入箱式反應爐中加熱至1800℃，并保持通入保護氣體氫氣，反應1分鐘；3）反應時間達到設定時間后隨爐冷卻至室溫，得到氧化鋅修飾的石墨烯鋰離子電池負極材料。實施例4：1）將單層石墨烯粉末（粉末的片徑為38um）和氧化鋅粉末（粒徑為90nm）以重量比例10:1的比例攪拌混合均勻；2）將步驟1）得到的混合物放入箱式反應爐中加熱至800℃，并保持通入保護氣體氫氣，反應5小時；3）反應時間達到設定時間后隨爐冷卻至室溫，得到氧化鋅修飾的石墨烯鋰離子電池負極材料。實施例5：1）將單層石墨烯粉末（粉末的片徑為5um）和氧化鋅粉末（粒徑為10nm）以重量比例30:1的比例攪拌混合均勻；2）將步驟1）得到的混合物放入箱式反應爐中加熱至1200℃，并保持通入保護氣體氫氣，反應8小時；3）反應時間達到設定時間后隨爐冷卻至室溫，得到氧化鋅修飾的石墨烯鋰離子電池負極材料。實施例6：1）將單層石墨烯粉末（粉末的片徑為0.5um）和氧化鋅粉末（粒徑為100nm）以重量比例80:1的比例攪拌混合均勻；2）將步驟1）得到的混合物放入箱式反應爐中加熱至1000℃，并保持通入保護氣體氫氣，反應1小時；3）反應時間達到設定時間后隨爐冷卻至室溫，得到氧化鋅修飾的石墨烯鋰離子電池負極材料。本領域的技術人員應認識到，以上實施例僅是用來說明本專利技術，而并非作為對本專利技術的限定，只要在本專利技術的范圍內，對以上實施例的變化、變形都將落在本專利技術的保護范圍。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種氧化鋅修飾的石墨烯鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于該方法包括如下步驟：1）將石墨烯粉末和氧化鋅粉末以重量比例1:10?100:1的比例混合均勻；2）將步驟1）得到的混合物放入反應爐中加熱至500℃至1800℃，并保持通入保護氣體，按照設定的反應時間保溫；3）反應時間達到設定時間后隨爐冷卻至室溫,得到氧化鋅修飾的石墨烯鋰離子電池負極材料。

【技術特征摘要】
1.一種氧化鋅修飾的石墨烯鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于該方法包括如下步驟：1）將石墨烯粉末和氧化鋅粉末以重量比例1:10-100:1的比例混合均勻；2）將步驟1）得到的混合物放入反應爐中加熱至500℃至1800℃，并保持通入保護氣體，按照設定的反應時間保溫；3）反應時間達到設定時間后隨爐冷卻至室溫,得到氧化鋅修飾的石墨烯鋰離子電池負極材料。2.根據權利要求1所述的氧化鋅修飾的石墨烯鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于：步驟1），所述的石墨烯粉末是單層石墨烯粉末。3.根據權利要求2所述的氧化鋅修飾的石墨烯鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于：所述的石墨烯粉末是多層石墨烯粉末，多層石墨烯粉末的層數為2~10層，粉末的片徑為0.05~40um。4.根據權利要...

【專利技術屬性】
技術研發人員：汪訓國，
申請(專利權)人：浙江極力動力新能源有限公司，
類型：發明
國別省市：浙江;33