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与流程

文档序号:19227090发布日期:2019-11-26 02:40阅读:来源:国知局

技术特征:

1.包含剥离石墨载体材料的复合材料,剥离石墨载体材料通过xrdrietveld分析得到的石墨化度g为50-93%,其中g由式(iv)确定:

其中d002是由(002)反射的测量位置确定并根据布拉格方程计算的晶面的距离,dg=335.4pm,其是完全石墨化碳的文献值,dng表示非石墨化碳,值为344pm,

其中所述剥离石墨载体材料涂覆有zno纳米颗粒。

2.根据权利要求1所述的复合材料,其中复合材料具有基于复合材料的总重量为85-100重量%的剥离石墨和zno的含量。

3.根据前述权利要求1或2中任一项所述的复合材料,其中zno纳米颗粒的比含量csp,zno由式(v)确定:

csp,zno=mzno/βgr(v)

其中mzno是zno的含量,以重量%表示,基于由icp-oes测定的总复合材料的质量,βgr是剥离石墨载体材料的由bet测定的比表面积,为0.2-0.85重量%g/m2

4.根据前述权利要求中任一项所述的复合材料,其中剥离石墨材料是非氧化石墨。

5.根据前述权利要求中任一项所述的复合材料,其中复合材料的两种基本组分剥离石墨或zno纳米颗粒中的任何一种不形成在另外的载体材料上。

6.根据前述权利要求中任一项所述的复合材料,其中复合材料由以下组成

a)初级复合材料,其中初级复合材料通过将剥离石墨载体用zno纳米颗粒涂覆的第一涂覆步骤制备或者

b)初级回火复合材料,其通过将初级复合材料a)在惰性或还原气体气氛中在350-750℃的温度下回火而获得或者

c)二次复合材料,通过将初级回火复合材料b)用zno纳米颗粒进一步涂覆而获得或者

d)二次回火复合材料,其通过将初级复合材料c)在惰性或还原气氛中在350-750℃的温度下回火而获得。

7.根据权利要求6所述的复合材料,其中复合材料由以下组成

a)初级复合材料,其中初级复合材料通过将剥离石墨载体用zno纳米颗粒涂覆的第一涂覆步骤制备或者

b)初级回火复合材料,其通过将初级复合材料a)在惰性或还原气氛中回火而获得,其中当使用惰性气氛时,回火温度为420℃-750℃,或者当使用还原气氛时,回火温度为375℃-700℃。

8.根据权利要求6或7中任一项所述的复合材料,其中至少一个回火步骤在还原气氛中进行。

9.根据权利要求6或7所述的复合材料,其中初级涂覆复合材料a)中zno纳米颗粒的平均粒度d1,zno通过tem测定为3.0-7.0nm。

10.根据权利要求6-9所述的复合材料,其中复合材料是初级复合材料a)或初级回火复合材料b),zno纳米颗粒具有由式(vii)确定的zno纳米颗粒的覆盖率θpr:

其中c是zno质量与zno和剥离石墨质量之和的质量商,rpr是通过tem测定的zno初级颗粒的平均半径,ρzno是zno纳米颗粒的密度,βeg是载体材料的比表面积(bet),载体材料是剥离石墨,其中对于初级复合材料a),θpr为21%-54%

或者对于初级回火复合材料b),θpr为2.5%-38%。

11.根据权利要求6-10中任一项所述的复合材料,

其中复合材料是初级涂覆复合材料a),根据zno纳米颗粒的xrd反射强度获得的tc显示出tc(100)>0.9,tc(002)>1.1且tc(100)/tc(002)<1,

或者复合材料是初级涂覆回火复合材料b),根据zno纳米颗粒的xrd反射强度获得的tc表现出tc(100)>1,tc(002)>0.9且tc(100)/tc(002)比为0.8-1.3。

12.根据权利要求6-8或10-11中任一项所述的复合材料,其中在惰性气氛中回火的初级涂覆回火复合材料b)中的zno纳米颗粒的平均粒度d1,zno通过tem测定为10-100nm。

13.根据权利要求6-8或10-14中任一项所述的复合材料,其中初级涂覆回火复合材料b)在还原气氛中回火,zno纳米颗粒的平均粒度d1,zno通过tem测定为7-50nm。

14.根据权利要求3或6-8或10-13中任一项所述的复合材料,其中复合材料是初级回火复合材料b)并且具有由式(v)确定的zno纳米颗粒的比含量csp,zno:

csp,zno=mzno/βgr(v)

其中mzno是zno的含量,以重量%表示,基于由icp测定的总复合材料的质量,βgr是剥离石墨载体材料的由bet测定的比表面积,为0.2-0.45重量%g/m2

15.根据权利要求6-8或10-14中任一项所述的复合材料,其中复合材料是初级回火复合材料b)且具有52-58原子%的zn含量,在复合材料的横截面上用edx测定且在单个zno颗粒上测量并且仅参考zn和氧含量。

16.根据前述权利要求6-15中任一项所述的复合材料,其中基于复合材料的总重量,初级涂覆复合材料a)和b)的zno纳米颗粒的含量为3-15重量%。

17.制备根据权利要求6-11所述的初级涂覆复合材料a)的方法,其特征在于

a)(syn)该方法包括以下连续步骤:

i)将zn(ii)盐溶解于溶剂中

ii)同时加入石墨和碱

iii)将混合物在超声冲击下搅拌

iv)从悬浮液中除去溶剂

或者

b)(pre)该方法包括以下连续步骤:

i)将石墨悬浮在溶剂中并通过超声冲击剥离

ii)同时加入zn(ii)盐和碱,形成纳米zno颗粒

iii)搅拌混合物

iv)从悬浮液中除去溶剂

或者

c)(post)该方法包括以下步骤:

i)在第一反应器中将zn(ii)盐和碱在溶剂中混合,形成纳米zno颗粒

ii)在第二反应器中通过超声冲击将石墨剥离

iii)将i)和ii)的两种悬浮液混合在一起

iv)在步骤iii)之后,从悬浮液中除去溶剂。

18.制备根据权利要求6-8或权利要求10-13中任一项所述的初级回火复合材料b)的方法,其中将通过权利要求17的方法a)、b)或c)制备的初级涂覆复合材料a)在惰性气氛中在420℃-750℃的温度下回火或在还原气氛中在375℃-700℃的温度下回火。

19.根据权利要求18所述的制备初级回火复合材料b)的方法,其中对于在惰性气氛中回火的复合材料,回火温度为550-730℃,对于在还原气氛中回火的复合材料,回火温度为375-550℃。

20.根据权利要求18或19所述的制备初级回火复合材料b)的方法,其中还原气氛基本上由惰性气体和还原气体的混合物组成,选自n2/h2或ar/h2混合物或其混合物。

21.根据权利要求1-16中任一项所述的复合材料在锂离子电池组的阳极中、作为太阳能电池中的n-导体、作为光催化剂或在超大容量装置中的用途。

22.根据权利要求21所述的复合材料在锂离子电池组的阳极中的用途,其中复合材料是权利要求6-8中任一项或权利要求10-16中任一项的初级回火复合材料或根据权利要求6在还原气氛中回火的二次涂覆复合材料d)。

23.可用于锂离子电池组中的阳极,其包含权利要求6-8或权利要求10-16中任一项所述的初级涂覆回火复合材料b)或根据权利要求6在还原气氛中回火的二次涂覆复合材料d)。

24.锂离子电池组,其包含根据权利要求23所述的阳极。

25.根据权利要求6-11所述的初级涂覆复合材料a)作为制备权利要求6-8或权利要求10-16中任一项所述的初级涂覆回火复合材料b)的中间产品的用途。


技术总结
包含具有通过XRD Rietveld分析得到的50‑93%的石墨化度g的剥离石墨载体材料的复合材料,其涂覆有ZnO纳米颗粒。这些复合材料由三种不同的方法生产:A)(syn)该方法包括以下连续步骤:i)将Zn(II)盐溶解于溶剂中ii)同时加入石墨和碱iii)将混合物在超声冲击下搅拌iv)从悬浮液中除去溶剂或者B)(pre)该方法包括以下连续步骤:i)将石墨悬浮在溶剂中并通过超声冲击剥离ii)同时加入Zn(II)盐和碱,形成纳米ZnO颗粒iii)搅拌混合物iv)从悬浮液中除去溶剂或者C)(post)该方法包括以下步骤:i)在第一反应器中将Zn(II)盐和碱在溶剂中混合,形成纳米ZnO颗粒ii)在第二反应器中通过超声冲击将石墨剥离iii)将i)和ii)的两种悬浮液混合在一起iv)在步骤iii)之后,从悬浮液中除去溶剂。这些涂覆复合材料可以在进一步的步骤中回火并再次涂覆并再次回火。

技术研发人员:O·伊萨金;K·辛德勒;R·施耐德;R·穆斯;M·威尔特-波拉达
受保护的技术使用者:埃卡特有限公司
技术研发日:2017.12.21
技术公布日:2019.11.22
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