一种氧化锌基复合电极材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及锂离子电池，具体而言，涉及一种氧化锌基复合电极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，锂离子电池被广泛应用于电动车、电子产品、能源存储系统等领域，全国锂电池总产量和总产值均呈现显著增长，且锂离子电池的技术进步与创新也在高速发展。由于锂离子电池具有更高的比容量、更持久的稳定性和缺乏记忆效应等特点而引起了研究者极大的关注；其中，现有商业石墨阳极的372mah g-1的理论容量是很难满足各应用领域的需求的，并且几乎不满足所需能量密度的阈值。同时，锂离子电池还面临着高充放电速率下的动力学和潜在的安全问题，需要予以解决后才能在当前平台如电动汽车、混合动力电动汽车等中实现推广应用。针对上述技术问题，目前现有技术已经开发各种有前途的替代石墨的阳极材料候选者，例如过渡金属氧化物阳极(mo，m＝mn，fe，co，ni，cu，zn等)。

2、在上述金属氧化物阳极中，zno阳极因其高理论容量(978mah g-1)、低成本、易于制备和化学稳定性而成为潜在的优质替代阳极。同时为进一步改善zno电极的性能，其改性方法包括但不限于：(1)制备有序的zno纳米结构材料(如纳米棒、纳米球或纳米片等)；(2)将zno与碳材料(如石墨烯、碳纳米管或多孔碳等)制备复合材料；(3)掺杂其他金属氧化物等；(4)在纳米尺寸zno晶体中引入电子导电基质(如碳等)。通过上述技术可以提高zno电极导电性，促进嵌锂或脱锂过程，或缓冲体积变化以减轻活性颗粒的粉碎。然而，zno电极所存在的缺陷通常表现在低的可逆容量、严重的容量衰减、有限的电导率、较差的循环性能以及充放电过程中巨大的体积变化等多方面，通过上述某一种改性方法很难满足同时改善上述缺陷。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种氧化锌基复合电极材料，旨在解决zno电极由于其固有的不良导电性和在锂离子嵌入/脱出过程中大的体积膨胀而遭受的严重的容量退化和低可逆容量问题。

2、本发明的第二目的在于提供一种所述的氧化锌基复合电极材料的制备方法，通过热处理和电沉积的方式，工艺简单便捷、成本低廉，能够满足批量化生产需求。

3、本发明的第三目的在于提供一种锂离子电池负极。

4、本发明的第四目的在于提供一种锂离子电池。

5、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

6、一种氧化锌基复合电极材料，包括还原氧化石墨烯/mxene复合薄膜、以及沉积并锚定于所述复合薄膜的氧化锌。

7、一种所述的氧化锌基复合电极材料的制备方法，包括如下步骤：

8、(1)、还原氧化石墨烯/mxene复合薄膜的制备：将氧化石墨烯溶液与mxene溶液充分混合，而后经抽滤得到湿膜；将所述湿膜进行热处理并得到复合薄膜；

9、(2)、氧化锌的沉积：将三电极体系置于沉积电解液中，通过电沉积得到复合电极材料；其中，所述沉积电解液包括硝酸锌和高氯酸锂。

10、一种锂离子电池负极，包括所述的氧化锌基复合电极材料。

11、一种锂离子电池，包括所述的锂离子电池负极。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明提供了一种自支撑型复合电极材料，具体是一种氧化锌(zno)/还原氧化石墨烯(rgo)/mxene电极材料，并同时提供了基于热处理以及电沉积法的制备工艺；本发明通过rgo/mxene薄膜来减轻反复的li+嵌入/脱嵌过程相关的结构应变，且不会对电极材料自身的结构造成太大损害，增强了高电流速率条件下的电极循环能力；此外电极材料还具有更高的导电性，通过rgo/mxene薄膜的存在提供高效的连续电子传输路径，从而增强和稳定电极的电化学性能；同时，rgo/mxene薄膜与zno的合理组合可以充分发挥协同效应，优化电极活性物质与电解质之间的接触，以改善电极动力学。

技术特征：

1.一种氧化锌基复合电极材料，其特征在于，所述氧化锌基复合电极材料包括还原氧化石墨烯/mxene复合薄膜、以及沉积并锚定于所述复合薄膜的氧化锌。

2.根据权利要求1所述的氧化锌基复合电极材料，其特征在于，所述mxene包括ti3c2tx或ti2ctx中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的氧化锌基复合电极材料，其特征在于，对于所述还原氧化石墨烯/mxene复合薄膜，还原氧化石墨烯与mxene的质量比例为(2～4)：1；

4.根据权利要求1所述的氧化锌基复合电极材料，其特征在于，所述氧化锌基复合电极材料的厚度为0.7mm～0.9mm；

5.如权利要求1～4任一项所述的氧化锌基复合电极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的氧化锌基复合电极材料的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯溶液的浓度为1mg/ml～4mg/ml；和/或，所述mxene溶液的浓度为1mg/ml～4mg/ml；

7.根据权利要求5所述的氧化锌基复合电极材料的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为550k～600k，所述热处理的时间为5h～10h；

8.根据权利要求5所述的氧化锌基复合电极材料的制备方法，其特征在于，在所述沉积电解液中，所述硝酸锌的浓度为8mmol/l～15mmol/l，所述高氯酸锂0.08mol/l～0.2mol/l；

9.一种锂离子电池负极，其特征在于，所述锂离子电池负极包括如权利要求1～3任一项所述的氧化锌基复合电极材料。

10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括如权利要求9所述的锂离子电池负极。

技术总结本发明提供了一种氧化锌基复合电极材料及其制备方法和应用，涉及锂离子电池技术领域。具体而言，所述复合电极材料包括还原氧化石墨烯/MXene复合薄膜、以及沉积并锚定于所述复合薄膜的氧化锌，得到了一种ZnO/rGO/Mxene复合型电极材料；本发明通过复合薄膜来减轻锂在充放电过程相关的结构应变，增强了高电流速率条件下的电极循环能力，兼以复合薄膜与氧化锌协同，优化电极活性物质与电解质之间的接触，以改善电极动力学。本发明还提供了复合电极材料的制备方法和在锂离子电池领域的用途，具有良好的批量化生产和应用前景。技术研发人员：吴媛,杨雪,姜涛,计结胜,黄平慧,别晓非,胡景博,高天一,张永,冯嘉男受保护的技术使用者：中国第一汽车股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29