[发明专利]一种铁酸锌基纳米复合材料、制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体地，本发明涉及锂离子电池负极材料领域。 

背景技术

锂离子电池作为一种新型二次电池正式投入使用已经整整20年了，它具有电压高（4V）、能量密度高、自放电小、循环寿命长、无记忆效应、无污染优点，现已被广泛应用于笔记本电脑、手机、数码相机以及电动车等可移动设备上，但其电极材料的局限性制约了锂离子电池的快速发展。 

目前商业化的锂离子电池主要采用石墨类碳材料作为负极材料，石墨材料具有以下缺点：①理论比容量仅为372mAh/g，实际容量更低；②具有高度取向的层状结构，与有机电解液的相容性很差：③快速充放电过程中存在石墨层剥离现象，导致容量衰减；④其嵌锂电位非常接近锂析出电位，容易产生锂枝晶现象，造成安全隐患。因此，企图进一步提高石墨类负极材料的性能难度相当大。为了满足人们对高容量电池的需求，必须研制出新一代高容量高性能的负极材料。当前对高容量负极材料的研究主要集中在两大类：一类为Si和Sn的单质材料及其氧化物，或其复合材料，另一类为金属氧化物。铁酸锌（ZnFe₂O₄）作为一类过渡金属氧化物展现出高容量的特征，但是纯相ZnFe₂O₄负极材料也具有一些致命弱点，例如材料导电性较差；锂离子的反复脱嵌引起材料“体积膨胀”现象，导致电极结构遭到破坏，粉化，锂离子的扩散路径变长，从而影响锂离子电池的循环性能和倍率性能。 

目前国际上关于ZnFe₂O₄负极材料的报道主要局限于制备纯相ZnFe₂O₄纳米 粉体或者薄膜材料，而其复合材料也仅局限于制备ZnFe₂O₄/C的纳米纤维。如采用固相法和水热法制备尖晶石结构的纯相ZnFe₂O₄纳米颗粒（ZnFe₂O₄的固相法和水热法制备及其电化学性能研究，白莹、丁玲红、张伟风，物理学报，60，058201，2011）；采用尿素燃烧法制备的纯相ZnFe₂O₄纳米颗粒（High capacityZnFe₂O₄anode material for lithium ion batteries，Yu Ding,Yifu Yang,Huixia Shao，Electrochimica Acta,53，2380–2385，2008）；采用水热法制备多孔微球状的纯相ZnFe₂O₄纳米颗粒（Lithium storage in hollow spherical ZnFe₂O₄as anodematerials for lithium ion batteries，Xianwei Guo,Xia Lu,Xiangpeng Fang,Ya Mao,Zhaoxiang Wang,Liquan Chen,Xiaoxue Xu，Hong Yang,Yinong Liu，Electrochemistry Communications,12，847–850，2010）；采用脉冲激光沉积法制备纯相ZnFe₂O₄薄膜材料（锂离子电池薄膜电极材料的制备及其电化学性质研究，储艳秋，复旦大学博士学位论文，2003）；采用静电纺丝法制备ZnFe₂O₄/C的一维纳米纤维材料（锂离子电池负极材料ZnFe2O4C纳米纤维的制备方法，湘潭大学，肖启振，吴丽娟，CN 102154739A）。这些报道或专利制备的材料多为纯相ZnFe₂O₄，性能不够理想，难以实用，且制备工艺较为繁琐。 

因此，如何开发出一种基于ZnFe₂O₄的具有高容量，高循环稳定性能，且制备工艺简单的纳米复合材料，是本领域亟待解决的一个技术问题。 

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种ZnFe₂O₄基纳米复合材料。所述ZnFe₂O₄基纳米复合材料具有高容量，高循环稳定性能。