碳包裹镍锌双金属氧化物材料及其制备方法与应用与流程
本发明属于锂离子电池制备技术领域，具体涉及锂离子电池负极技术，具体涉及一种碳包裹镍锌双金属氧化物材料及其制备方法和应用。
背景技术：
锂离子电池是目前最常用的储能装置，广泛应用于电动汽车、笔记本电脑、手机等设备中。但随着现代生活水平的提高，人们对汽车的续航能力、手机的待机时间的要求越来越高，因此对锂离子电池的容量要求也越来越高。提升电池容量的方向有很多，如采用比容量更高的正负极材料、减少不必要的集流体等手段。容量提升以负极材料为主时，一般是用容量更大的负极材料取代常用的石墨（理论容量372ah/g）。常见的大容量负极材料有硅（理论容量约100ah/g）、金属氧化物（四氧化三铁理论容量约100ah/g）等材料。然而大容量材料在充放电过程中往往会产生较大的体积变化，进而引起负极材料的剥落，最终造成负极材料的失效和电池循环性能的下降。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种碳包覆镍锌双金属氧化物材料及其制备方法和应用，以提高负极材料的容量、且循环性能稳定。
本发明所采用的技术方案是：
一种碳包覆镍锌双金属氧化物材料的制备方法，其特征在于：
涉及以下步骤：
步骤1：NiZn-有机框架材料的制备：
按照镍盐：锌盐：配体=2:1:1的摩尔比制备锌盐、镍盐、配体和有机溶剂，混合搅拌形成均匀的溶液，镍盐浓度为/l，锌盐浓度为/l，置于水热反应器中，加热至140-150℃，恒温3h，冷却至室温后过滤，用乙醇、n,n-二甲基乙酰胺洗涤、干燥，即得镍锌有机框架材料；
第 2 步：碳化：
将镍锌有机骨架材料放入管式炉内的氧化铝柜中，通入保护气体，以2℃/min的速率升温至600℃，恒温3小时，取出材料，冷却至室温，即得碳包覆的镍锌双金属氧化物。
所述锌盐为醋酸锌或硝酸锌。
所述镍盐为乙酰丙酮镍。
所述配体为羟基对苯二甲酸或对苯二甲酸。
有机溶剂为v(n,n-二甲基乙酰胺):v(乙醇)=5:3的混合溶剂。
保护气体为氮气或氩气。
采用所述的制备方法制备碳包裹镍锌双金属氧化物材料。
碳包裹镍锌双金属氧化物材料作为锂离子电池负极材料的应用。
本发明具有以下优点：
1、本发明作为锂离子电池负极时，比传统锂离子电池负极中的石墨具有更高的比容量，现阶段常用的以石墨为负极的锂电池理论比容量为/g，实际使用中较低，而本发明产品在使用时可以获得/g以上的容量，且经过500次循环后没有明显的衰减，说明本发明在提高容量的同时，还能保持容量的稳定性。
2、本发明在分子水平上保护膨胀：由于双金属有机骨架材料是在合成过程中形成的，在此过程中在分子水平上实现了金属元素和碳元素的均匀混合。双金属有机骨架材料中的元素在高温条件下重新结合，形成更稳定的金属氧化物、二氧化碳、水和碳。由于保护气体的存在，碳不会完全转化为二氧化碳而被保留下来。二氧化碳和水会以气体形式分离，剩下的固体就是碳包裹的金属氧化物。由于新生成的碳结构与石墨不同，作为电极材料使用时几乎没有锂存储能力，不会产生体积膨胀，从而隔离和保护了金属氧化物的体积膨胀。因此可以最大程度地抑制膨胀带来的破坏，经过500次循环后，容量仍然高于石墨。
附图简要说明
图1为合成的碳包裹双金属氧化物的显微照片；
图2显示了碳包裹的镍锌双金属氧化物在电池中的循环性能。
详细描述
下面结合具体的实施方式对本发明进行详细说明。
本发明涉及一种碳包裹镍锌双金属氧化物材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：NiZn-有机框架材料的制备：
按照镍盐：锌盐：配体=2:1:1的摩尔比制备锌盐、镍盐、配体和有机溶剂，混合搅拌形成均匀的溶液，镍盐浓度为/l，锌盐浓度为/l，置于水热反应器中，加热至140-150℃，恒温3h，冷却至室温后过滤，用乙醇、n,n-二甲基乙酰胺洗涤、干燥，即得镍锌有机框架材料；
第 2 步：碳化：
将镍锌有机骨架材料放入管式炉内的氧化铝柜中，通入保护气体，以2℃/min的速率升温至600℃，恒温3小时，取出材料，冷却至室温，即得碳包覆的镍锌双金属氧化物。
所述锌盐为醋酸锌或硝酸锌。
所述镍盐为乙酰丙酮镍。
所述配体为羟基对苯二甲酸或对苯二甲酸。
有机溶剂为v(n,n-二甲基乙酰胺):v(乙醇)=5:3的混合溶剂。
保护气体为氮气或氩气。
该碳包裹镍锌双金属氧化物材料可作为锂离子电池负极材料。
实施例1，一种碳包覆镍锌双金属氧化物材料的制备方法，包括以下步骤：
1、镍锌有机框架材料的合成工艺如下：取0.1mmol硝酸锌六水合物、0.2mmol乙酰丙酮镍、0.1mol对苯二甲酸、25ml有机溶剂（n,n-二甲基乙酰胺与乙醇的体积比为5:3），混合均匀后置于50ml水热反应器中，镍盐浓度/l，锌盐浓度/l，加热至140℃，恒温3h，冷却至室温，过滤晶体，用乙醇和n,n-二甲基乙酰胺混合溶液洗涤晶体、干燥，即得镍锌有机框架材料。
2、碳化：将镍锌有机骨架材料放入管式炉的氧化铝柜中，通入保护气体，以2℃/min的速率升温至600℃，恒温3小时，取出冷却至室温，即得碳包覆的镍锌双金属氧化物。
参见图1可以看出，碳化后材料在保持原有形貌的同时，表面出现了大量的裂纹，裂纹的存在为锂离子更好的嵌入和脱出提供了更大的体积，而不会因为锂离子的体积膨胀而造成容量损失。
将得到的碳包覆镍锌双金属氧化物与导电碳、粘结剂和PVDF（5%浓度溶于N,N-二甲基乙酰胺）按6:2:1的比例球磨后涂覆在铜箔表面作为锂离子电极使用，电池经过500次循环后比容量维持在/g，电池循环曲线如图2所示。
实施例2、碳包覆镍锌双金属氧化物材料及其在锂离子电池中的应用。其实现过程主要包括两个过程：一是双金属有机骨架材料的合成，保证金属元素和碳元素在分子水平上有序排列；二是金属有机骨架材料在高温下碳化形成氧化物，并均匀包覆碳元素。
1、镍锌有机框架材料的合成工艺如下：取0.1mmol醋酸锌、0.2mmol乙酰丙酮镍、0.1mol羟基对苯二甲酸、25ml有机溶剂（n,n-二甲基乙酰胺与乙醇的体积比为5:3），混合均匀后置于50ml水热反应器中，镍盐浓度/l，锌盐浓度/l，加热至150℃，恒温3h，冷却至室温，过滤晶体，用乙醇和n,n-二甲基乙酰胺的混合液洗涤晶体、干燥，即得镍锌有机框架材料。
2、碳化：将镍锌有机骨架材料放入管式炉的氧化铝柜中，通入保护气体，以2℃/min的速率升温至600℃，恒温3小时，取出冷却至室温，即得碳包覆的镍锌双金属氧化物。
将得到的碳包覆镍锌双金属氧化物与导电碳、粘结剂和PVDF（5%浓度溶于N,N-二甲基乙酰胺）按6:2:1的比例球磨后涂覆在铜箔表面作为锂离子电极，经过500次循环后电池的比容量保持在/g。
本发明的内容并不局限于所列举的实施例，任何本领域的普通技术人员在阅读本发明的说明书之后，对本发明的技术方案所做的等效变化均包含在本发明的权利要求范围内。