一种纳米ZnO-石墨烯复合材料的制备方法专利检索-电容器电解型的电容器整流器检波器开关器件光敏器件或热敏器件专利检索查询-专利查询网

一种纳米ZnO-石墨烯 复合材料的制备方法

专利类型	发明公开	法律事件	公开;
专利有效性	公开	当前状态	公开
申请号	CN202510085445.2	申请日	2025-01-20
公开(公告)号	CN119898812A	公开(公告)日	2025-04-29
申请人	广州顺倬能源科技有限公司;	申请人类型	企业
发明人	黎少伟; 李思睿; 王瀚民;	第一发明人	黎少伟
权利人	广州顺倬能源科技有限公司	权利人类型	企业
当前权利人	广州顺倬能源科技有限公司	当前权利人类型	企业
省份	当前专利权人所在省份：广东省	城市	当前专利权人所在城市：广东省广州市
具体地址	当前专利权人所在详细地址：广东省广州市海珠区工业大道北132号之二十八栋106-110铺(仅限办公)	邮编	当前专利权人邮编：510000
主IPC国际分类	C01G9/02	所有IPC国际分类	C01G9/02 ; H01G11/86 ; H01G11/32 ; H01G11/36 ; H01M4/36 ; H01M4/48 ; H01M4/62 ; B82Y40/00 ; B82Y30/00 ; C01B32/194
专利引用数量	0	专利被引用数量	0
专利权利要求数量	10	专利文献类型	A
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摘要	本发明公开了一种纳米ZnO‑ 石墨烯复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：S1，将氧化石墨烯加入到聚乙二醇水溶液中，超声混合均匀得氧化石墨烯悬浮液；S2，将改性纳米氧化锌、分散剂、酞酸酯偶联剂加入到氧化石墨烯悬浮液中，超声分散，加入沉淀剂，机械搅拌，得混合液；S3，将上述混合液转移至水热反应釜中，洗涤、干燥；S4，对步骤S3后的材料进行煅烧。本发明制得的纳米ZnO‑石墨烯复合材料的结构稳定，粒度均匀。本发明制得的纳米ZnO‑石墨烯复合材料具有高的导电性，具有超优异的高倍率性能以及良好循环稳定性，是非常理想的锌基电池负极材料，可广泛应用于各种便携式电子设备、电动汽车以及航空航天等领域。
权利要求	1.一种纳米ZnO‑石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤： S1，将氧化石墨烯加入到聚乙二醇水溶液中，超声混合均匀得氧化石墨烯悬浮液； S2，将改性纳米氧化锌、分散剂、酞酸酯偶联剂加入到氧化石墨烯悬浮液中，超声分散，加入沉淀剂，机械搅拌，得混合液； S3，将上述混合液转移至水热反应釜中，洗涤、干燥； S4，对步骤S3后的材料进行煅烧。 2.根据权利要求1所述的纳米ZnO‑石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤： S1，将氧化石墨烯加入到聚乙二醇水溶液中，超声混合均匀得氧化石墨烯悬浮液； S2，将改性纳米氧化锌、分散剂、酞酸酯偶联剂加入到氧化石墨烯悬浮液中，超声分散 0.5‑1h，加入沉淀剂，机械搅拌1‑2h，得混合液； S3，将上述混合液转移至水热反应釜中，150～400℃反应4‑28h，用纯水和乙醇交替洗涤2～4次、干燥； S4，将步骤S3干燥后的材料进行煅烧处理，200～800℃温度下，通入惰性气体煅烧2‑ 10h，即得纳米ZnO‑石墨烯复合材料。 3.根据权利要求1或2所述的纳米ZnO‑石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述氧化石墨烯的氧含量为30～40％。 4.根据权利要求3所述的纳米ZnO‑石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯的厚度为0.55～1.2nm，直径为0.5～3μm。 5.根据权利要求1或2所述的纳米ZnO‑石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述聚乙二醇为PEG‑200、PEG‑400、PEG‑600、PEG‑800、PEG‑1000中的至少一种。 6.根据权利要求1或2所述的纳米ZnO‑石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述氧化石墨烯悬浮液的浓度为0.01～0.5mg/ml。 7.根据权利要求1或2所述的纳米ZnO‑石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述改性纳米氧化锌为氧化锌掺杂氧化铝。 8.根据权利要求7所述的纳米ZnO‑石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述氧化锌掺杂氧化铝化合物中，氧化锌与氧化铝的质量比为97～99％：3～1％。 9.根据权利要求1或2所述的纳米ZnO‑石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯与改性纳米氧化锌的质量比为1：5～10。 10.根据权利要求1或2所述的纳米ZnO‑石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述沉淀剂为氨水、碳酸铵、尿素中的至少一种。
说明书全文	一种纳米ZnO‑石墨烯复合材料的制备方法技术领域 [0001] 本发明涉及复合纳米材料技术领域，尤其涉及一种纳米ZnO‑石墨烯复合材料的制备方法背景技术 [0002] 金属化合物与石墨烯用不同的方法制备得到的复合材料，主要用于超级电容器、电池等领域，金属化合物包括金属氧化物、金属氢氧化物、金属硫化物等。其中氧化锌/石墨烯复合材料拥有氧化锌和石墨烯两者的优点。氧化锌具有优异的电学、光学、化学性能使它在光电，太阳能电池，场发射，气敏等领域具有应用前景。石墨烯具有良好的电学、力学、光2 学和热学性质。理想的单层石墨烯具有超大的比表面积(2630m /g)，是极具潜力的储能材料。石墨烯具有良好的导电性，其电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。 [0003] 但现有的氧化锌‑石墨烯复合材料在作为电池负极使用时，在充放电循环过程中，体积易发生膨胀和收缩，引起晶粒破碎，导致电极的破坏，减少了电极的循环寿命，并且其在脱插反应时容易“团聚”，致使初始不可逆容量增大，最终导致容量减小。发明内容 [0004] 为了解决上述问题，本发明第一方面提供了一种纳米ZnO‑石墨烯复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤： [0005] S1，将氧化石墨烯加入到聚乙二醇水溶液中，超声混合均匀得氧化石墨烯悬浮液； [0006] S2，将改性纳米氧化锌、分散剂、酞酸酯偶联剂加入到氧化石墨烯悬浮液中，超声分散，加入沉淀剂，机械搅拌，得混合液； [0007] S3，将上述混合液转移至水热反应釜中，洗涤、干燥； [0008] S4，对步骤S3后的材料进行煅烧。 [0009] 作为一种优选的技术方案，所述制备方法具体包括以下步骤： [0010] S1，将氧化石墨烯加入到聚乙二醇水溶液中，超声混合均匀得氧化石墨烯悬浮液； [0011] S2，将改性纳米氧化锌、分散剂、酞酸酯偶联剂加入到氧化石墨烯悬浮液中，超声分散0.5‑1h，加入沉淀剂，机械搅拌1‑2h，得混合液； [0012] S3，将上述混合液转移至水热反应釜中，150～400℃反应4‑28h，用纯水和乙醇交替洗涤2～4次、干燥； [0013] S4，将步骤S3干燥后的材料进行煅烧处理，200～800℃温度下，通入惰性气体煅烧2‑10h，即得纳米ZnO‑石墨烯复合材料。 [0014] 作为一种优选的技术方案，在步骤S1中，所述氧化石墨烯的氧含量为30～40％。 [0015] 作为一种优选的技术方案，所述氧化石墨烯的厚度为0.55～1.2nm，直径为0.5～3μm。 [0016] 作为一种优选的技术方案，在步骤S1中，所述聚乙二醇为PEG‑200、PEG‑400、PEG‑600、PEG‑800、PEG‑1000中的至少一种。 [0017] 作为一种优选的技术方案，在步骤S1中，所述氧化石墨烯悬浮液的浓度为0.01～0.5mg/ml。 [0018] 作为一种优选的技术方案，在步骤S2中，所述改性纳米氧化锌为氧化锌掺杂氧化铝。 [0019] 作为一种优选的技术方案，所述氧化锌掺杂氧化铝化合物中，氧化锌与氧化铝的质量比为97～99％：3～1％。 [0020] 作为一种优选的技术方案，所述氧化石墨烯与改性纳米氧化锌的质量比为1：5～10。 [0021] 作为一种优选的技术方案，在步骤S2中，所述沉淀剂为氨水、碳酸铵、尿素中的至少一种。 [0022] 有益效果 [0023] 1、本发明制得的纳米ZnO‑石墨烯复合材料的结构稳定，粒度均匀。 [0024] 2、本发明制得的纳米ZnO‑石墨烯复合材料具有高的导电性，具有超优异的高倍率性能以及良好循环稳定性，是非常理想的锌基电池负极材料，可广泛应用于各种便携式电子设备、电动汽车以及航空航天等领域。 [0025] 3、本发明的制备方法工艺简单，反应时间短，产率高，便于大规模量产，所制得的纳米ZnO‑石墨烯复合材料结构均匀稳定。 [0026] 4、本发明制备方法中，酞酸酯偶联剂和分散剂的使用，可以使纳米氧化锌和氧化石墨烯分散更均匀，解决“团聚”问题；结合本体系中其他组分以及该特定的制备方法，使得该复合材料的结构更为稳定，减少了对电极的破坏，提高了循环寿命。具体实施方式 [0027] 参选以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本发明的内容。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。 [0028] 为了解决上述问题，本发明第一方面提供一种纳米ZnO‑石墨烯复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤： [0029] S1，将氧化石墨烯加入到聚乙二醇水溶液中，超声混合均匀得氧化石墨烯悬浮液，所述氧化石墨烯悬浮液的浓度为0.01～0.5mg/ml；其中，聚乙二醇水溶液由聚乙二醇和水按1：1的体积比混合制备得到； [0030] S2，将改性纳米氧化锌、分散剂、酞酸酯偶联剂加入到氧化石墨烯悬浮液中，超声分散0.5‑1h，加入沉淀剂，机械搅拌1‑2h，得混合液；其中，按质量体积比，氧化石墨烯：改性纳米氧化锌：分散剂：酞酸酯偶联剂：沉淀剂＝1mg：5～10mg：0.5～1ml：0.1～0.5ml：0.1～0.5mg； [0031] S3，将上述混合液转移至水热反应釜中，150～400℃反应4‑28h，用纯水和乙醇交替洗涤2～4次、干燥； [0032] S4，将步骤S3干燥后的材料进行煅烧处理，200～800℃温度下，通入惰性气体煅烧2‑10h，即得纳米ZnO‑石墨烯复合材料。 [0033] 在一些优选的实施方式中，在步骤S1中，所述氧化石墨烯的氧含量为30～40％。 [0034] 在一些优选的实施方式中，所述氧化石墨烯的厚度为0.55～1.2nm，直径为0.5～3μm。 [0035] 在一些优选的实施方式中，在步骤S1中，所述聚乙二醇为PEG‑200、PEG‑400、PEG‑600、PEG‑800、PEG‑1000中的至少一种。 [0036] 在一些优选的实施方式中，在步骤S2中，所述改性纳米氧化锌为氧化锌掺杂氧化铝。 [0037] 在一些优选的实施方式中，所述氧化锌掺杂氧化铝化合物中，氧化锌与氧化铝的质量比为97～99％：3～1％。 [0038] 在一些优选的实施方式中，所述氧化锌掺杂氧化铝化合物中，氧化锌与氧化铝的质量比为99％：1％。 [0039] 在一些优选的实施方式中，所述分散剂为科盈分散剂KYC‑913、科盈分散剂KYC‑9166、科盈分散剂KYC‑926中的一种。 [0040] 在一些优选的实施方式中，所述分散剂为科盈分散剂KYC‑913。 [0041] 在一些优选的实施方式中，所述酞酸酯偶联剂为异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)酞酸酯、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)酞酸酯、异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)酞酸酯、单烷氧基不饱和脂肪酸酞酸酯、双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑酞酸酯中的至少一种。 [0042] 在一些优选的实施方式中，在步骤S2中，所述沉淀剂为氨水、碳酸铵、尿素中的至少一种。 [0043] 实施例 [0044] 以下通过实施例对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。如无特殊说明，本发明中的原料的均为市售。 [0045] 实施例1 [0046] 实施例1提供了一种纳米ZnO‑石墨烯复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤： [0047] S1，将氧化石墨烯加入到聚乙二醇水溶液中，超声混合均匀得氧化石墨烯悬浮液，所述氧化石墨烯悬浮液的浓度为0.01mg/ml；其中，聚乙二醇水溶液由聚乙二醇和水按1：1的体积比混合制备得到，所述聚乙二醇为PEG‑200； [0048] S2，将改性纳米氧化锌、分散剂、酞酸酯偶联剂加入到氧化石墨烯悬浮液中，超声分散0.5h，加入沉淀剂，机械搅拌1h，得混合液；其中，按质量体积比，氧化石墨烯：改性纳米氧化锌：分散剂：酞酸酯偶联剂：沉淀剂＝1mg：5mg：0.5ml：0.1ml：0.1mg； [0049] S3，将上述混合液转移至水热反应釜中，150℃反应28h，用纯水和乙醇交替洗涤2次、干燥； [0050] S4，将步骤S3干燥后的材料进行煅烧处理，200℃温度下，通入氮气煅烧10h，即得纳米ZnO‑石墨烯复合材料。 [0051] 在步骤S1中，所述氧化石墨烯的氧含量为30～40％，所述氧化石墨烯的厚度为0.55～1.2nm，直径为0.5～3μm(北京德科岛金科技有限公司)。 [0052] 在步骤S2中，所述改性纳米氧化锌为氧化锌掺杂氧化铝，其中氧化锌与氧化铝的质量比为99％：1％(北京德科岛金科技有限公司，型号：DK444)。 [0053] 在步骤S2中，所述分散剂为科盈分散剂KYC‑926。 [0054] 在步骤S2中，所述酞酸酯偶联剂为异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)酞酸酯。 [0055] 在步骤S2中，所述沉淀剂为氨水。 [0056] 本例还提供了一种由上述制备方法得到的纳米ZnO‑石墨烯复合材料。 [0057] 实施例2 [0058] 实施例2提供了一种纳米ZnO‑石墨烯复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤： [0059] S1，将氧化石墨烯加入到聚乙二醇水溶液中，超声混合均匀得氧化石墨烯悬浮液，所述氧化石墨烯悬浮液的浓度为0.5mg/ml；其中，聚乙二醇水溶液由聚乙二醇和水按1：1的体积比混合制备得到；所述聚乙二醇为PEG‑400。 [0060] S2，将改性纳米氧化锌、分散剂、酞酸酯偶联剂加入到氧化石墨烯悬浮液中，超声分散1h，加入沉淀剂，机械搅拌2h，得混合液；其中，按质量体积比，氧化石墨烯：改性纳米氧化锌：分散剂：酞酸酯偶联剂：沉淀剂＝1mg：10mg：1ml：0.5ml：0.5mg； [0061] S3，将上述混合液转移至水热反应釜中，400℃反应4h，用纯水和乙醇交替洗涤4次、干燥； [0062] S4，将步骤S3干燥后的材料进行煅烧处理，800℃温度下，通入氩气煅烧2h，即得纳米ZnO‑石墨烯复合材料。 [0063] 在步骤S1中，所述氧化石墨烯的氧含量为30～40％，所述氧化石墨烯的厚度为0.55～1.2nm，直径为0.5～3μm(北京德科岛金科技有限公司)。 [0064] 在步骤S2中，所述改性纳米氧化锌为氧化锌掺杂氧化铝，其中氧化锌与氧化铝的质量比为99％：1％(北京德科岛金科技有限公司，型号：DK444)。 [0065] 在步骤S2中，所述分散剂为科盈分散剂KYC‑9166。 [0066] 在步骤S2中，所述酞酸酯偶联剂为异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)酞酸酯。 [0067] 在步骤S2中，所述沉淀剂为碳酸铵。 [0068] 本例还提供了一种由上述制备方法得到的纳米ZnO‑石墨烯复合材料。 [0069] 实施例3 [0070] 实施例3提供了一种纳米ZnO‑石墨烯复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤： [0071] S1，将氧化石墨烯加入到聚乙二醇水溶液中，超声混合均匀得氧化石墨烯悬浮液，所述氧化石墨烯悬浮液的浓度为0.3mg/ml；其中，聚乙二醇水溶液由聚乙二醇和水按1：1的体积比混合制备得到；所述聚乙二醇为PEG‑600。 [0072] S2，将改性纳米氧化锌、分散剂、酞酸酯偶联剂加入到氧化石墨烯悬浮液中，超声分散45min，加入沉淀剂，机械搅拌1.5h，得混合液；其中，按质量体积比，氧化石墨烯：改性纳米氧化锌：分散剂：酞酸酯偶联剂：沉淀剂＝1mg：8mg：0.8ml：0.3ml：0.3mg； [0073] S3，将上述混合液转移至水热反应釜中，250℃反应18h，用纯水和乙醇交替洗涤3次、干燥； [0074] S4，将步骤S3干燥后的材料进行煅烧处理，500℃温度下，通入氮气煅烧6h，即得纳米ZnO‑石墨烯复合材料。 [0075] 在步骤S1中，所述氧化石墨烯的氧含量为30～40％，所述氧化石墨烯的厚度为0.55～1.2nm，直径为0.5～3μm(北京德科岛金科技有限公司)。 [0076] 在步骤S2中，所述改性纳米氧化锌为氧化锌掺杂氧化铝，其中氧化锌与氧化铝的质量比为99％：1％(北京德科岛金科技有限公司，型号：DK444)。 [0077] 在步骤S2中，所述分散剂为科盈分散剂KYC‑913。 [0078] 在步骤S2中，所述酞酸酯偶联剂为单烷氧基不饱和脂肪酸酞酸酯。 [0079] 在步骤S2中，所述沉淀剂为尿素。 [0080] 本例还提供了一种由上述制备方法得到的纳米ZnO‑石墨烯复合材料。 [0081] 对比例1 [0082] 将步骤1中氧化石墨烯悬浮液的浓度改为1mg/ml，其余同实施例3。 [0083] 对比例2 [0084] 将步骤1中氧化石墨烯悬浮液的浓度改为5mg/ml，其余同实施例3。 [0085] 对比例3 [0086] 将氧化石墨烯与改性纳米氧化锌的质量比改为1：1，其余同实施例3。 [0087] 对比例4 [0088] 将氧化石墨烯与改性纳米氧化锌的质量比改为1：50，其余同实施例3。 [0089] 对比例5 [0090] 将改性纳米氧化锌改为普通纳米氧化锌(北京德科岛金科技有限公司，型号：DK‑ZnO‑30)，其余同实施例3。 [0091] 性能测试 [0092] 1、制作2430型电池：实施例1～3和对比例1～5得到的纳米ZnO‑石墨烯复合材料、含有6～7％聚偏氟乙烯的N‑甲基吡咯烷酮及2％的导电炭黑混合均匀，涂于铜箔上，将涂好的极片放入温度为110℃真空干燥箱中真空干燥4小时备用。模拟电池装配在充氩气的德国布劳恩手套箱中进行，电解液为1M LiPF6+EC∶EMC∶DMC＝1∶1∶1(体积比)，金属锂片为对电极，电化学性能测试在美国ArbinBT2000型电池测试仪上进行，充放电制度：将电位限制为0‑1.5V进行充/放电测试，即，用充电电流0.5mA/cm2同时保持电压为0.01V对电池进行充电，然后用充电电流0.02mA/cm2同时保持电压为0.01V继续充电。用放电电流0.5mA/cm2放电电池至电压为1.5V，测试结果见表1。 [0093] 表1 [0094]实施例首次放电容量/mAh/g 循环500次容量保持率％实施例1 ＞600 92 实施例2 ＞600 91 实施例3 ＞600 94 对比例1 ＜400 76 对比例2 ＜400 74 对比例3 ＜400 79 对比例4 ＜400 69 对比例5 ＜400 65 [0095] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

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