CN105552338A - 氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法 - Google Patents

氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105552338A
CN105552338A CN201610044734.9A CN201610044734A CN105552338A CN 105552338 A CN105552338 A CN 105552338A CN 201610044734 A CN201610044734 A CN 201610044734A CN 105552338 A CN105552338 A CN 105552338A
Authority
CN
China
Prior art keywords
zinc oxide
lithium ion
ion battery
graphene
powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610044734.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105552338B (zh
Inventor
汪训国
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZHEJIANG JILI POWER NEW ENERGY CO Ltd
Original Assignee
ZHEJIANG JILI POWER NEW ENERGY CO Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZHEJIANG JILI POWER NEW ENERGY CO Ltd filed Critical ZHEJIANG JILI POWER NEW ENERGY CO Ltd
Priority to CN201610044734.9A priority Critical patent/CN105552338B/zh
Publication of CN105552338A publication Critical patent/CN105552338A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105552338B publication Critical patent/CN105552338B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/364—Composites as mixtures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

本发明公开了一种氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法：1）将石墨烯粉末和氧化锌粉末以重量比例1:10-100:1的比例混合均匀；2）将步骤1）得到的混合物放入反应炉中加热至500℃至1800℃，并保持通入保护气体，按照设定的反应时间保温；3）反应时间达到设定时间后随炉冷却至室温,得到氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料。本发明方法工艺简单，得到的氧化锌修饰的石墨烯负极材料充分结合了氧化锌材料较高的理论容量以及石墨烯高导电性、高比表面积的优势；同时，在石墨烯与氧化锌粉末反应过程中在所得到的氧化锌修饰的石墨烯片层中形成微孔，利于锂离子在所得到的负极材料中间的快速传输，提高了充放电速度。

Description

氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法
技术领域
本发明属于锂电池制造技术领域，具体涉及一种锂离子电池用氧化锌修饰的石墨烯负极材料的制备方法。
背景技术
石墨是目前商用锂离子电池的主要负极材料，在充电过程中，锂离子嵌入石墨中形成石墨与锂的层间化合物。石墨具有良好的充放电电压平台，理论容量为372mAh/g，同时，由于锂离子嵌入石墨层间的时间较长，因而石墨电极的充放电速度较慢。近年来，随着移动电子设备对电源续航能力以及充电时间的要求越来越高，传统的石墨电极逐渐不能满足高性能锂离子电池的要求。在此背景下，石墨烯由于高的导电性以及高比表面积等性质成为锂电池负极材料的热点材料。与石墨烯相比，石墨烯原子层的两侧可以分别吸附锂离子。因此，单层石墨烯理论容量可以达到石墨的两倍，为744mAh/g。另外，由于石墨烯片层之间孔隙率的增加，锂离子的吸附和脱附过程可以非常快速。
对于负极应用来说，氧化锌具有几倍于碳材料的理论容量。但氧化锌材料作为锂离子电池的负极材料存在一个较大的缺陷，就是在锂离子的吸附和脱附过程中，体积变化大，较大的应力会破坏导电通路，导致充放电循环形成极差；另外，氧化锌的电子迁移率较低，造成锂离子电池内阻较大。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法，其通过一步反应法获得氧化锌修饰的石墨烯作为锂离子电池的负极材料，充分结合氧化锌比容量高以及石墨烯高导电性、高比表面积的优点，获得了容量高、充放电速度快的负极材料。
本发明采取如下技术方案：
氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法，其按如下步骤进行：
1）将石墨烯粉末和氧化锌粉末以重量比例1:10-100:1的比例混合均匀；
2）将步骤1）得到的混合物放入反应炉中加热至500℃至1800℃，并保持通入保护气体，按照设定的反应时间保温；
3）反应时间达到设定时间后随炉冷却至室温,得到氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料。
优选的，石墨烯粉末是单层或者多层石墨烯粉末，层数为1~10层，粉末片径为0.05~40um。
优选的，氧化锌粉末粒径为10~100nm。
优选的，保护气体可以是氩气、氮气、氢气、氦气、氖气或者其中几种的混合气体。
优选的，反应时间为1分钟-10小时。
优选的，所述的反应时间为30分钟-5小时。
优选的，加热温度为1000℃至1500℃。
本发明氧化锌锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法，其负极材料由石墨烯与氧化锌粉末在一定温度下一步反应得到。本发明方法工艺简单，得到的氧化锌修饰的石墨烯负极材料充分结合了氧化锌材料较高的理论容量以及石墨烯高导电性、高比表面积的优势；同时，在石墨烯与氧化锌粉末反应过程中在所得到的氧化锌修饰的石墨烯片层中形成微孔，利于锂离子在所得到的负极材料中间的快速传输，提高了充放电速度。
附图说明
图1为实施例1氧化锌修饰的石墨烯负极材料循环性能曲线。
具体实施方式
以下结合附图对本发明优选实施例作详细说明。
实施例1：
1）将原子层数为1-5层的石墨烯粉末（粉末的片径为1um）和氧化锌粉末（粒径为20nm）以重量比例100:1的比例球磨混合均匀；
2）将步骤1）得到的混合物放入管式反应炉中加热至1500℃，并保持通入保护气体氩气，反应30分钟；
3）反应时间达到设定时间后随炉冷却至室温，得到氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料。
将得到的负极材料进行容量测试，结果如附图1所示，初始容量达到1180mAh/g，循环充放电50次以后，所得负极材料容量仍然保持在1000mAh/g以上。
实施例2：
1）将原子层数为10层的石墨烯粉末（粉末的片径为10um）和氧化锌粉末（粒径为50nm）以重量比例1:10的比例球磨混合均匀；
2）将步骤1）得到的混合物放入箱式反应炉中加热至500℃，并保持通入保护气体氮气，反应10小时；
3）反应时间达到设定时间后随炉冷却至室温，得到氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料。
实施例3：
1）将单层石墨烯粉末（粉末的片径为30um）和氧化锌粉末（粒径为80nm）以重量比例1:1的比例搅拌混合均匀；
2）将步骤1）得到的混合物放入箱式反应炉中加热至1800℃，并保持通入保护气体氢气，反应1分钟；
3）反应时间达到设定时间后随炉冷却至室温，得到氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料。
实施例4：
1）将单层石墨烯粉末（粉末的片径为38um）和氧化锌粉末（粒径为90nm）以重量比例10:1的比例搅拌混合均匀；
2）将步骤1）得到的混合物放入箱式反应炉中加热至800℃，并保持通入保护气体氢气，反应5小时；
3）反应时间达到设定时间后随炉冷却至室温，得到氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料。
实施例5：
1）将单层石墨烯粉末（粉末的片径为5um）和氧化锌粉末（粒径为10nm）以重量比例30:1的比例搅拌混合均匀；
2）将步骤1）得到的混合物放入箱式反应炉中加热至1200℃，并保持通入保护气体氢气，反应8小时；
3）反应时间达到设定时间后随炉冷却至室温，得到氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料。
实施例6：
1）将单层石墨烯粉末（粉末的片径为0.5um）和氧化锌粉末（粒径为100nm）以重量比例80:1的比例搅拌混合均匀；
2）将步骤1）得到的混合物放入箱式反应炉中加热至1000℃，并保持通入保护气体氢气，反应1小时；
3）反应时间达到设定时间后随炉冷却至室温，得到氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料。
本领域的技术人员应认识到，以上实施例仅是用来说明本发明，而并非作为对本发明的限定，只要在本发明的范围内，对以上实施例的变化、变形都将落在本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1）将石墨烯粉末和氧化锌粉末以重量比例1:10-100:1的比例混合均匀；
2）将步骤1）得到的混合物放入反应炉中加热至500℃至1800℃，并保持通入保护气体，按照设定的反应时间保温；
3）反应时间达到设定时间后随炉冷却至室温,得到氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料。
2.根据权利要求1所述的氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：步骤1），所述的石墨烯粉末是单层石墨烯粉末。
3.根据权利要求2所述的氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述的石墨烯粉末是多层石墨烯粉末，多层石墨烯粉末的层数为2~10层，粉末的片径为0.05~40um。
4.根据权利要求1-3任一项所述的氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：步骤1），所述氧化锌粉末的粒径为10~100nm。
5.根据权利要求1所述的氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：步骤2），所述的保护气体选用氩气、氮气、氢气、氦气、氖气中的一种或几种混合。
6.根据权利要求1或5所述的氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：步骤2），所述的反应时间为1分钟-10小时。
7.根据权利要求6所述的氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：步骤2），所述的反应时间为30分钟-5小时。
8.根据权利要求1或5所述的氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：步骤2），加热温度为1000℃至1500℃。
CN201610044734.9A 2016-01-22 2016-01-22 氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法 Active CN105552338B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610044734.9A CN105552338B (zh) 2016-01-22 2016-01-22 氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610044734.9A CN105552338B (zh) 2016-01-22 2016-01-22 氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105552338A true CN105552338A (zh) 2016-05-04
CN105552338B CN105552338B (zh) 2017-09-19

Family

ID=55831399

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610044734.9A Active CN105552338B (zh) 2016-01-22 2016-01-22 氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105552338B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110495023A (zh) * 2017-04-13 2019-11-22 埃卡特有限公司 ZnO纳米颗粒涂覆的剥离石墨复合材料，该复合材料的制备方法及其在锂离子电池组中的应用
CN114784242A (zh) * 2022-04-13 2022-07-22 内蒙古欣源石墨烯科技股份有限公司 一种纳米碳包覆的锂电池负极材料的制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06181060A (ja) * 1992-12-15 1994-06-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水電解液二次電池
CN103466607A (zh) * 2013-09-09 2013-12-25 东南大学 一种石墨烯-金属氧化物纳米颗粒三维多孔复合材料
CN104022268A (zh) * 2014-05-30 2014-09-03 陕西科技大学 一种锂离子电池用氧化锌/石墨烯复合材料的制备方法
CN104167537A (zh) * 2014-09-12 2014-11-26 杭州电子科技大学 一种锂离子电池用石墨烯/氧化锌复合负极材料及其制备方法
WO2015061403A1 (en) * 2013-10-23 2015-04-30 Bettergy Corp. Composite materials for rechargeable zinc electrodes
CN105206832A (zh) * 2015-08-27 2015-12-30 张家港智电芳华蓄电研究所有限公司 一种锌负极材料的烧结制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06181060A (ja) * 1992-12-15 1994-06-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水電解液二次電池
CN103466607A (zh) * 2013-09-09 2013-12-25 东南大学 一种石墨烯-金属氧化物纳米颗粒三维多孔复合材料
WO2015061403A1 (en) * 2013-10-23 2015-04-30 Bettergy Corp. Composite materials for rechargeable zinc electrodes
CN104022268A (zh) * 2014-05-30 2014-09-03 陕西科技大学 一种锂离子电池用氧化锌/石墨烯复合材料的制备方法
CN104167537A (zh) * 2014-09-12 2014-11-26 杭州电子科技大学 一种锂离子电池用石墨烯/氧化锌复合负极材料及其制备方法
CN105206832A (zh) * 2015-08-27 2015-12-30 张家港智电芳华蓄电研究所有限公司 一种锌负极材料的烧结制备方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110495023A (zh) * 2017-04-13 2019-11-22 埃卡特有限公司 ZnO纳米颗粒涂覆的剥离石墨复合材料，该复合材料的制备方法及其在锂离子电池组中的应用
US11594723B2 (en) 2017-04-13 2023-02-28 Eckart Gmbh ZnO nanoparticle coated exfoliated graphite composite, method of producing composite and use in Li-ion battery
CN114784242A (zh) * 2022-04-13 2022-07-22 内蒙古欣源石墨烯科技股份有限公司 一种纳米碳包覆的锂电池负极材料的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105552338B (zh) 2017-09-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102319176B1 (ko) 리튬 이온 전지용 애노드 슬러리
CN110048101B (zh) 一种硅氧碳微球复合负极材料及其制备方法与应用
CN109888246B (zh) 一种具有梯度结构的氧化亚硅复合负极材料及其制备方法和应用
JP6263823B2 (ja) 負極スラリー、負極スラリーの製造方法及び二次電池
CN107579203B (zh) 一种锂离子电池硅掺杂碳多孔复合薄膜及其制备方法
CN102856532B (zh) 一种锂离子电池富锂阳极片的制备方法
CN103872299B (zh) 一种锂硫电池正极用元素掺杂氧化物-硫复合材料及其制备方法
JP6308507B2 (ja) 炭素のナノ被覆層を有する基材粉末を用いたリチウムイオン電池用正極材の製造方法および光触媒の製造方法
CN104617272A (zh) 一种多孔硅碳复合材料的制备方法
CN108899522B (zh) 一种高容量硅碳负极材料、制备方法及应用
CN105742695B (zh) 一种锂离子电池及其制备方法
CN102569788B (zh) 一种锂离子电池的负极材料及其制备方法、以及一种锂离子电池
WO2016202164A1 (zh) 一种炭/石墨/锡复合负极材料的制备方法
CN108923037B (zh) 一种富硅SiOx-C材料及其制备方法和应用
CN105826561A (zh) 一种高倍率锂离子电池负极材料的制备方法
CN105826524A (zh) 一种石墨烯原位形核磷酸铁锂的合成方法
CN102887504B (zh) 一种锂离子电池负极用碳材料的制备方法
CN105655560A (zh) 一种硅掺杂石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法
CN108807903B (zh) 一种锂电池用复合修饰锂电池负极材料的制备方法
CN105552338A (zh) 氧化锌修饰的石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法
CN108242546B (zh) 一种无定型碳负极材料及其制备方法和电池
CN112736242A (zh) 一种高性能碳负极ptcda硬碳材料及其制备方法
CN111755665B (zh) 一种锂离子电池负极材料、电池负极及其应用
CN109935793B (zh) 一种锂离子电池复合石墨烯负极材料的制备方法
EP2763215B1 (en) Composite for anode active material and method for manufacturing same

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant