碳包覆硫化锌负载石墨烯作为钾离子电池负极的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109244427A(43)申请公布日2019.01.18(21)申请号201811291253.3(22)申请日2018.10.31(71)申请人北京科技大学地址100083北京市海淀区学院路30号(72)发明人包燕平储建华王伟王敏邢立东(74)专利代理机构北京市广友专利事务所有限责任公司11237代理人张仲波(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/58(2010.01)H01M4/583(2010.01)H01M10/054(2010.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称碳包覆硫化锌负载石墨烯作为钾离子电池负极的制备方法(57)摘要一种碳包覆硫化锌负载石墨烯作为钾离子电池负极的制备方法，属于功能纳米材料及电化学领域。先将2-甲基咪唑的甲醇溶液逐滴加入六水合硝酸锌的甲醇溶液中，搅拌一段时间并老化后离心，清洗干燥得到ZIF-8前驱体。再将ZIF-8粉末和甲醇配成溶液，逐步加入半胱氨酸、尿素和葡萄糖，搅拌后转移至高压反应釜中，设定温度为120℃，时间为6～48h，而后离心清洗，真空干燥。最后将上述粉末与氧化石墨烯的水溶液混合并离心干燥，再转移至管式炉中在惰性保护气氛中加热保温，即得到了碳全包覆硫化锌负载石墨烯复合材料。本发明制备的钾离子电池负极材料可重复性强，对实验设备要求简单，具有大的比表面积、高的可逆容量和优异倍率性能等特点，在催化、储能领域具有广阔的应用前景。CN109244427ACN109244427A权利要求书1/1页1.一种碳包覆硫化锌负载石墨烯作为钾离子电池负极的制备方法，其特征在于包括如下步骤：a.将六水合硝酸锌和2-甲基咪唑分别溶解在甲醇中配置成混合溶液，搅拌10-30min，其中六水合硝酸锌和2-甲基咪唑的质量比为(1.5～2)：1，甲醇溶液为20～50ml；b.在磁力搅拌过程中将2-甲基咪唑的甲醇溶液逐滴加入六水合硝酸锌的甲醇溶液中，滴加完成后再剧烈搅拌20min，将混合物在室温下老化12-24h，得到沉淀物后并离心，清洗干燥得到锌的多面体前驱体ZIF-8；c.取一定量的ZIF-8粉末和甲醇的水溶液配成混合溶液，逐步加入半胱氨酸、尿素和葡萄糖，搅拌一段时间后将混合溶液转移至高压反应釜中，设定温度为120℃，时间为6～48h，反应结束后冷却至室温并离心清洗，真空干燥得到碳全包覆树突状硫化锌微球；其中ZIF-8粉末的质量为20～50mg，甲醇的量为5～10ml，半胱氨酸的质量为20～60mg，硫脲的质量为25～50mg，葡萄糖的质量为75～150mg；d.将一定量的碳全包覆树突状硫化锌微球粉末与1mgml-1氧化石墨烯的水溶液混合，磁力搅拌5～10h，并离心干燥得到黑色粉末，再将得到的粉体转移至坩埚中后置于管式炉中在惰性保护气氛中加热保温，即得到了碳全包覆树突状硫化锌微球负载石墨烯复合材料；其中碳全包覆树突状硫化锌微球粉末的质量为15～30mg,氧化石墨烯水溶液的量为5～10ml。2.根据权利要求1所述的碳包覆硫化锌负载石墨烯作为钾离子电池负极的制备方法，其特征在于所述步骤a、b和c中甲醇的质量分数为99.5％。3.根据权利要求1所述的碳包覆硫化锌负载石墨烯作为钾离子电池负极的制备方法，其特征在于所述步骤b、c和d中的清洗溶液为乙醇。4.根据权利要求1所述的碳包覆硫化锌负载石墨烯作为钾离子电池负极的制备方法，其特征在于所述步骤a、b和c中的干燥为真空干燥，温度为70℃，时间为12h。5.根据权利要求1所述的碳包覆硫化锌负载石墨烯作为钾离子电池负极的制备方法，其特征在于所述步骤c中所得的碳全包覆树突状硫化锌微球的平均直径为120nm，直接合成树突状硫化锌微球在于不加入葡萄糖。6.根据权利要求1所述的碳包覆硫化锌负载石墨烯作为钾离子电池负极的制备方法，其特征在于所述步骤d中的惰性保护气氛采用高纯氮气或高纯氩气，加热温度为600℃，升温速率为10℃/min，保温时间为2h。7.一种如权利要求1所述的碳包覆硫化锌负载石墨烯作为钾离子电池负极的应用方法，其特征在于：将70％质量的复合材料、20％质量的碳黑和10％质量的粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)混合并研磨均匀，加入适量的N-甲基吡咯烷酮(NMP)至液体能够刚好完全润湿粉末并搅拌10～15小时后将浆液均匀的涂布在铜箔上，在80～100℃温度下真空干燥12～15小时，经冲片机制得直径为10mm负极片，便得到钾离子电池负极；电解液采用碳酸酯类电解液(0.8mol/LKPF6/EC/DEC)，正极采用钾片，电池壳采用CR2032纽扣式电池壳，隔膜采用玻璃纤维类材料，由以上材料组装的电池在0.01～2.5V电压范围内对该负极材料进行测试。2CN109244