CN111740095B - 一种碳微球包裹氧化锌纳米片材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种碳微球包裹氧化锌纳米片材料及其制备方法和应用，属于化学储能材料技术领域。本发明提供的碳微球包裹氧化锌纳米片材料的制备方法，包括以下步骤：将氧化锌纳米片与葡萄糖溶液混合后进行水热反应，得到葡萄糖包裹氧化锌纳米片；将所述葡萄糖包裹氧化锌纳米片进行退火处理，得到碳微球包裹氧化锌纳米片材料。本发明以氧化锌纳米片和葡萄糖为原料，通过水热反应和退火处理，得到碳微球包裹氧化锌纳米片材料；将所述碳微球包裹氧化锌纳米片材料作为锂离子电池负极材料时，碳微球能够提高氧化锌纳米片的导电性，缓解锂离子嵌入和脱出过程中氧化锌纳米片产生的体积变化，从而表现出较高的比容量和循环稳定性。

Description

一种碳微球包裹氧化锌纳米片材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及化学储能材料技术领域，尤其涉及一种碳微球包裹氧化锌纳米片材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着电动汽车行业以及便携式电子设备产业的迅速发展，对于可重复充电电池的要求也越来越高。其中，锂离子电池由于其高能量密度、较长的循环寿命以及绿色环保等特点而得到较为广泛的应用。随着人们对能源需求的逐渐提高，现有的锂离子电池也正在达到其能量密度的极限。传统的锂离子电池通常以碳基材料作为负极材料，而其较低的理论比容量(372mA·h/g)限制了锂离子电池的进一步使用。为了提高锂离子电池的比容量，人们一直在寻找更高比容量的电极材料。过渡金属氧化物由于其较高的理论比容量而引起了科研工作者的广泛关注。
氧化锌作为一种过渡金属氧化物，具有经济无毒、化学稳定性好、来源丰富、比容量高等特点，被认为是一种理想的锂离子电池负极材料。但是在脱嵌锂过程中产生的巨大体积变化使其比容量在循环过程中迅速衰减，循环稳定性较差。为了解决循环过程中比容量迅速衰减的问题，研究者们通常通过减小氧化锌的尺寸或者设计三维有序的纳米结构等方法来缓解其充放电过程中产生的体积变化，从而提高电池循环过程中的稳定性(FacileSynthesis of Mn-Doped ZnO Porous Nanosheets as Anode Materials for LithiumIon Batteries with a Better Cycle Durability[J].Nanoscale Research Letters,2015,10(1):280.)。但是采用上述方法处理的氧化锌，在充放电过程中锂离子电池表现出的循环比容量仍然有待提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳微球包裹氧化锌纳米片材料及其制备方法和应用，将所述碳微球包裹氧化锌纳米片材料作为锂离子电池的负极材料，锂离子电池表现出较高的比容量和循环稳定性。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种碳微球包裹氧化锌纳米片材料的制备方法，包括以下步骤：
将氧化锌纳米片与葡萄糖溶液混合后进行水热反应，得到葡萄糖包裹氧化锌纳米片；
将所述葡萄糖包裹氧化锌纳米片进行退火处理，得到碳微球包裹氧化锌纳米片材料。
优选地，所述氧化锌纳米片的尺寸为0.2～0.6μm，所述氧化锌纳米片为六方纤锌矿结构。
优选地，所述葡萄糖溶液的浓度为0.2～1mol/L。
优选地，所述葡萄糖溶液的用量以浸没所述氧化锌纳米片为基准。
优选地，所述水热反应的温度为170～190℃，时间为2～8h。
优选地，所述水热反应后还包括：将水热反应所得产物体系进行洗涤和干燥，得到碳微球包裹氧化锌纳米片材料；所述洗涤包括依次进行的水洗涤和乙醇洗涤；所述干燥为在60～80℃条件下真空干燥5～7h。
优选地，所述退火处理在保护气氛中进行，所述退火处理的温度为400～600℃，保温时间为2～5h，升温至退火处理所需温度的升温速率为3～6℃/min。
本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的碳微球包裹氧化锌纳米片材料。
优选地，所述碳微球包裹氧化锌纳米片材料中碳微球的直径为3～5μm。
本发明提供了上述技术方案所述碳微球包裹氧化锌纳米片材料作为锂离子电池负极材料的应用。
本发明提供了一种碳微球包裹氧化锌纳米片材料的制备方法，包括以下步骤：将氧化锌纳米片与葡萄糖溶液混合后进行水热反应，得到葡萄糖包裹氧化锌纳米片；将所述葡萄糖包裹氧化锌纳米片进行退火处理，得到碳微球包裹氧化锌纳米片材料。本发明以氧化锌纳米片和葡萄糖为原料，通过水热反应和退火处理，得到碳微球包裹氧化锌纳米片材料；将所述碳微球包裹氧化锌纳米片材料作为锂离子电池负极材料时，碳微球能够提高氧化锌纳米片的导电性，缓解锂离子嵌入和脱出过程中氧化锌纳米片产生的体积变化，从而表现出较高的比容量和循环稳定性。实施例的结果显示，基于本发明提供的碳微球包裹氧化锌纳米片材料制备的锂离子电池，在100mA/g电流密度条件下进行恒流充放电测试，首次放电比容量为628mA·h/g，当循环到100圈后，其可逆比容量仍然可以维持在200mA·h/g以上，表现出了良好的循环稳定性。
附图说明
图1为实施例1制备的氧化锌纳米片的扫描电镜图(15.0K倍)；
图2为实施例1制备的碳微球包裹氧化锌纳米片材料在低倍数(600倍)下的扫描电镜图；
图3为实施例1制备的碳微球包裹氧化锌纳米片材料在高倍数(10.0K倍)下的扫描电镜图；
图4为实施例2制备的锂离子电池在100mA/g电流密度条件下的恒流充放电测试100圈的放电比容量图。
具体实施方式
本发明提供了一种碳微球包裹氧化锌纳米片材料的制备方法，包括以下步骤：
将氧化锌纳米片与葡萄糖溶液混合后进行水热反应，得到葡萄糖包裹氧化锌纳米片；
将所述葡萄糖包裹氧化锌纳米片进行退火处理，得到碳微球包裹氧化锌纳米片材料。
本发明将氧化锌纳米片与葡萄糖溶液混合后进行水热反应，得到葡萄糖包裹氧化锌纳米片。在本发明中，所述氧化锌纳米片的尺寸优选为0.2～0.6μm，所述氧化锌纳米片优选为六方纤锌矿结构。本发明对所述氧化锌纳米片的来源没有特殊限定，可以采用本领域技术人员熟知的市售商品，也可以采用本领域技术人员熟知的方法制备得到，如直接沉淀法(Facile Synthesis of Mn-Doped ZnO Porous Nanosheets as Anode Materials forLithium Ion Batteries with a Better Cycle Durability[J].Nanoscale ResearchLetters,2015,10(1):280.)、溶剂热法(Zhang L,Zhang J,Liu Y,etal.Al doped-ZnOnanoparticles implanted in reduced graphene oxide with improvedelectrochemical properties for lithium ion batteries[J].Materials Letters,2016,165:165-168.)或水热法，本发明优选采用水热法制备氧化锌纳米片，制备得到的氧化锌纳米片纯度高、分散性好，有利于进行后续步骤。
在本发明中，所述氧化锌纳米片的制备方法，优选包括以下步骤：
将醋酸锌、氢氧化钠和水混合，将所得前驱体溶液进行水热反应(记为第一水热反应)，得到氧化锌纳米片。
在本发明中，所述前驱体溶液中醋酸锌和氢氧化钠的摩尔比优选为1:(3～5)，更优选为1:(3～4)，最优选为1:4；所述前驱体溶液中醋酸锌的浓度优选为0.05～0.15mol/L，更优选为0.1mol/L；所述前驱体溶液中的水优选为去离子水。
在本发明中，所述醋酸锌、氢氧化钠和水混合时，优选先分别配制醋酸锌水溶液和氢氧化钠水溶液，然后将所述氢氧化钠水溶液缓慢滴加至醋酸锌水溶液中；所述醋酸锌水溶液的浓度优选为0.15～0.25mol/L，更优选为0.2mol/L，所述氢氧化钠水溶液的浓度优选为0.7～0.9mol/L，更优选为0.8mol/L，所述滴加的速率优选为6～8mL/min，更优选为7.5mL/min，本发明通过将氢氧化钠水溶液缓慢滴加至醋酸锌水溶液中，有利于使氢氧化钠中的氢氧根与醋酸锌中的锌离子充分的结合；滴加完毕后，本发明优选将所得体系搅拌25～35min，以保证各组分充分混合。
在本发明中，所述第一水热反应的温度优选为150～170℃，更优选为155～165℃，最优选为160℃；所述第一水热反应的时间优选为4～6h，更优选为4.5～5.5h，最优选为5h。
第一水热反应完成后，本发明优选将所得体系降至室温后依次进行洗涤和干燥，得到氧化锌纳米片。在本发明中，所述洗涤优选包括依次进行的水洗涤和乙醇洗涤，所述洗涤的方式优选为抽滤洗涤，在本发明中，第一水热反应完成后所得体系降至室温后，所得体系呈分层状态，上层为透明溶液，下层为目标物，不需要将所述体系额外进行固液分离，直接将所述体系与水(或乙醇)混合后进行抽滤即可。在本发明中，所述干燥优选为真空干燥；所述干燥温度优选为60～80℃，更优选为65～75℃，最优选为70℃；所述干燥的时间优选为5～7h，更优选为5.5～6.5h，最优选为6h。
得到氧化锌纳米片后，本发明将氧化锌纳米片与葡萄糖溶液混合后进行水热反应(记为第二水热反应)，得到葡萄糖包裹氧化锌纳米片。在本发明中，所述葡萄糖溶液的浓度优选为0.2～1mol/L，更优选为0.3～0.8mol/L，最优选为0.5mol/L；所述葡萄糖溶液的用量优选以浸没所述氧化锌纳米片为基准，具体的，可以将0.5g氧化锌纳米片置于60mL葡萄糖溶液中。本发明优选将氧化锌纳米片置于葡萄糖溶液中，之后进行超声处理25～35min，以保证氧化锌纳米片均匀的分散在葡萄糖溶液中。
在本发明中，所述第二水热反应温度优选为170～190℃，更优选为175～185℃，最优选为180℃；所述第二水热反应时间优选为2～8h，更优选为2～6h，最优选为3～5h。在本发明的第二水热反应过程中，体系中氧化锌纳米片处于稳定分散状态，葡萄糖作为碳源，发生成核反应并生长出胶质多聚糖结构，进而将氧化锌纳米片包裹在其内部；本发明优选在上述条件下进行水热反应，有利于保证葡萄糖能够生长出多聚糖结构，以实现对氧化锌纳米片的充分包裹，如果水热反应的温度太低或者时间太短，葡萄糖分子间会发生聚合反应形成低聚糖，进而影响后续退火处理过程中碳微球的形成。
在本发明中，所述第二水热反应完成后优选还包括：将第二水热反应所得产物体系进行洗涤和干燥，得到碳微球包裹氧化锌纳米片材料。本发明优选将第二水热反应所得产物体系降至室温后依次进行洗涤和干燥，得到葡萄糖包裹氧化锌纳米片。在本发明中，所述洗涤优选包括依次进行的水洗涤和乙醇洗涤，所述洗涤的方式优选为抽滤洗涤；在本发明中，第二水热反应完成后所得体系降至室温后，所得体系呈分层状态，上层为透明溶液，下层为目标物，不需要将所述体系额外进行固液分离，直接将所述体系与水(或乙醇)混合后进行抽滤即可。在本发明中，所述干燥优选为真空干燥；所述干燥温度优选为60～80℃，更优选为65～75℃，最优选为70℃；所述干燥的时间优选为5～7h，更优选为5.5～6.5h，最优选为6h。
得到葡萄糖包裹氧化锌纳米片后，本发明将所述葡萄糖包裹氧化锌纳米片进行退火处理，得到碳微球包裹氧化锌纳米片材料。在本发明中，所述退火处理优选在保护气氛中进行；本发明对提供保护气氛的保护气体种类没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的保护气体即可，具体如氩气，所述氩气优选为高纯氩气，纯度优选≥99.99％。
在本发明中，所述退火处理的温度优选为400～600℃，更优选为450～550℃，最优选为500℃；所述退火处理的保温时间优选为2～5h，更优选为2～4h，最优选为3h；升温至退火处理所需温度的升温速率优选为3～6℃/min，更优选为4～5℃/min，最优选为5℃/min。本发明优选将所述葡萄糖包裹氧化锌纳米片置于石英舟内，然后将盛放有葡萄糖包裹氧化锌纳米片的石英舟放入管式退火炉中，通入氩气，进行退火处理。在本发明的退火处理过程中，葡萄糖包裹氧化锌纳米片中棕色的胶质多聚糖结构会脱水形成黑色的碳微球，且在此过程中碳微球会将氧化锌纳米片包裹在其内部，最终得到碳微球包裹氧化锌纳米片材料；本发明优选在上述条件下进行退火处理，有利于保证胶质多聚糖结构碳化形成尺寸分布均一的碳微球，以实现对氧化锌纳米片的充分包裹，若退火温度过低或者处理时间太短，不利于胶质多聚糖结构碳化而得到最终的目标产物。
所述退火处理完成后，本发明优选将所得材料自然降温至室温，得到碳微球包裹氧化锌纳米片材料。
本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的碳微球包裹氧化锌纳米片材料，所述碳微球包裹氧化锌纳米片材料中碳微球的直径优选为3～5μm，且尺寸分布均一。
本发明提供了上述技术方案所述碳微球包裹氧化锌纳米片材料作为锂离子电池负极材料的应用。在本发明中，锂离子电池的负极优选为单面附着有功能层的铜箔，所述功能层优选由包括碳微球包裹氧化锌纳米片材料、聚偏氟乙烯和乙炔黑的浆料形成。在本发明中，所述浆料中碳微球包裹氧化锌纳米片材料、聚偏氟乙烯和乙炔黑的质量比优选为8:1:1；本发明优选将所述碳微球包裹氧化锌纳米片材料、聚偏氟乙烯、乙炔黑和N-甲基吡咯烷酮(NMP)混合，将所得浆料涂覆在铜箔的单面，干燥后得到锂离子电池的负极；本发明对所述N-甲基吡咯烷酮的用量以及浆料在铜箔单面的涂覆量没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的用量即可。
本发明对所述锂离子电池的制备方法没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的方法制备即可，具体可以按照正极壳/负极/隔膜/锂片/泡沫镍/负极壳的顺序组装得到锂离子电池；所用电解液的组成优选为LiPF6、碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)，所述电解液中LiPF6的浓度优选为1mol/L，EC与DEC体积比优选为1:1。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
配制浓度为0.2mol/L的醋酸锌溶液和浓度为0.8mol/L的氢氧化钠溶液，将75mL氢氧化钠溶液以7.5mL/min的速率缓慢地滴加到75mL醋酸锌溶液中，搅拌30min之后，在160℃条件下进行水热反应5h；将反应后所得体系降至室温，依次采用300mL去离子水和300mL无水乙醇进行抽滤洗涤，抽滤洗涤完成后，将所得滤饼在70℃条件下真空干燥6h，得到氧化锌纳米片；
配制浓度为0.5mol/L的葡萄糖溶液，将0.5g氧化锌纳米片置于60mL葡萄糖溶液中，超声处理30min后，在180℃条件下进行水热反应3h；将反应后所得体系降至室温，依次采用300mL去离子水和300mL无水乙醇进行抽滤洗涤，抽滤洗涤完成后，将所得滤饼在70℃条件下真空干燥6h，得到葡萄糖包裹氧化锌纳米片；
将所述葡萄糖包裹氧化锌纳米片置于石英舟内，将石英舟放入管式退火炉中，通入高纯氩气(纯度为99.99％)，以5℃/min速率从室温升温至500℃，保温进行退火处理3h；退火处理完成后，随炉冷却至室温，得到碳微球包裹氧化锌纳米片材料。
图1为实施例1制备的氧化锌纳米片的扫描电镜图(15.0K倍)，由图1可以看出氧化锌纳米片的尺寸为0.2～0.6μm。
图2为实施例1制备的碳微球包裹氧化锌纳米片材料在低倍数(600倍)下的SEM图，图3为实施例1制备的碳微球包裹氧化锌纳米片材料在高倍数(10.0K倍)下的SEM图。由图2和图3可知，碳微球的直径为3～5μm，尺寸分布均一；且由图3可以看出碳微球表面较为粗糙，氧化锌纳米片被包裹于碳微球的内部(碳微球外部堆叠有部分未被包裹进碳微球内部的氧化锌纳米片，是制备过程中氧化锌纳米片添加量稍大所致)。
实施例2
将实施例1制备得到的碳微球包裹氧化锌纳米片材料与聚偏氟乙烯(PVDF)、乙炔黑以质量比为8:1:1的比例混合，并分散于N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，制成浆料并涂覆在铜箔单面，作为锂离子电池的负极，按照正极壳/负极/隔膜/锂片/泡沫镍/负极壳的顺序组装电池(所用电解液的组成为LiPF6、碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)，所述电解液中LiPF6的浓度为1mol/L，EC与DEC体积比为1:1)，得到锂离子电池。
图4为实施例2制备的锂离子电池在100mA/g电流密度条件下的恒流充放电测试100圈的放电比容量图，由图4可知，所述锂离子电池的首次放电比容量为628mA·h/g，当循环到100圈后，其可逆比容量仍然可以维持在200mA·h/g以上，表现出了良好的循环稳定性。
对比例1
采用文献(Facile Synthesis of Mn-Doped ZnO Porous Nanosheets as AnodeMaterials for Lithium Ion Batteries with a Better Cycle Durability[J].Nanoscale Research Letters,2015,10(1):280.)公开的直接沉淀的方法，制备得到氧化锌纳米片材料；
按照实施例2的方法，利用本对比例制备得到的氧化锌纳米片材料制备成负极，并进一步组装得到锂离子电池，在100mA/g电流密度条件下进行恒流充放电测试。结果发现，所述锂离子电池的首次放电比容量为476mAh/g，经过50圈恒流充放电测试之后，电池的比容量仅为64mAh/g。
对比例2
采用文献(Zhang L,Zhang J,Liu Y,etal.Al doped-ZnO nanoparticlesimplanted in reduced graphene oxide with improved electrochemical propertiesfor lithium ion batteries[J].Materials Letters,2016,165:165-168.)公开的溶剂热的方法，制备得到氧化锌纳米片材料；
按照实施例2的方法，利用本对比例制备得到的氧化锌纳米片材料制备成负极，并进一步组装得到锂离子电池，在较小的电流密度50mA/g条件下进行恒流充放电测试。结果发现，所述锂离子电池的首次放电比容量为420mAh/g，经过不到40圈恒流充放电测试之后，电池的比容量下降到200mAh/g以下。
由以上结果可知，对比例1和对比例2中采用氧化锌纳米片作为负极材料，氧化锌本身导电性差，仅采用氧化锌纳米片作为负极材料的锂离子电池的循环比容量仍然不高，循环稳定性较差。本发明以氧化锌纳米片和葡萄糖为原料，通过水热反应和退火处理，得到碳微球包裹氧化锌纳米片材料；将所述碳微球包裹氧化锌纳米片材料作为锂离子电池负极材料时，碳微球能够提高氧化锌纳米片的导电性，缓解锂离子嵌入和脱出过程中氧化锌纳米片产生的体积变化，从而表现出较高的比容量和循环稳定性，明显优于对比例1和对比例2中仅采用氧化锌纳米片作为负极材料的锂离子电池的比容量和循环稳定性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种碳微球包裹氧化锌纳米片材料的制备方法，包括以下步骤：
将氧化锌纳米片与葡萄糖溶液混合后进行水热反应，得到葡萄糖包裹氧化锌纳米片；所述氧化锌纳米片的尺寸为0.2～0.6μm，所述氧化锌纳米片为六方纤锌矿结构；所述水热反应的温度为170～190℃，时间为3～5h；所述葡萄糖溶液的浓度为0.2～1mol/L；所述葡萄糖溶液的用量以浸没所述氧化锌纳米片为基准；
将所述葡萄糖包裹氧化锌纳米片进行退火处理，得到碳微球包裹氧化锌纳米片材料；所述退火处理在保护气氛中进行，所述退火处理的温度为400～500℃，保温时间为3～5h，升温至退火处理所需温度的升温速率为3～6℃/min；所述碳微球包裹氧化锌纳米片材料中碳微球的直径为3～5μm。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应后还包括：将水热反应所得产物体系进行洗涤和干燥，得到碳微球包裹氧化锌纳米片材料；所述洗涤包括依次进行的水洗涤和乙醇洗涤；所述干燥为在60～80℃条件下真空干燥5～7h。
3.权利要求1～2任一项所述制备方法制备得到的碳微球包裹氧化锌纳米片材料，所述碳微球包裹氧化锌纳米片材料中碳微球的直径为3～5μm。
4.权利要求3所述碳微球包裹氧化锌纳米片材料作为锂离子电池负极材料的应用。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113460995A (zh) * 2021-07-12 2021-10-01 上海海洋大学 一种碳点和纳米氧化锌同时制备的方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014025236A1 (ko) * 2012-08-09 2014-02-13 한양대학교 산학협력단 금속 나노 입자-탄소 복합 구형체의 제조 방법, 이에 의하여 제조된 금속 나노 입자-탄소 복합 구형체 및 이를 포함하는 전기 화학 소자
CN105355864A (zh) * 2015-08-24 2016-02-24 昆明理工大学 一种碳包覆二氧化钛纳米管组成的纳米片的制备方法及应用
CN105612635A (zh) * 2013-10-23 2016-05-25 百特吉公司 用于可充电锌电极的复合材料
CN106876658A (zh) * 2017-03-28 2017-06-20 哈尔滨理工大学 一种空心镍棒/碳球阵列电极的制备方法
CN108097210A (zh) * 2017-12-19 2018-06-01 海宁瑞创新材料有限公司 一种纳米金属氧化物与多孔活性炭复合材料的制备方法
CN109873147A (zh) * 2019-03-04 2019-06-11 湘潭大学 一种碳修饰多孔ZnO纳米材料及其制备方法和用途

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010059749A1 (en) * 2008-11-18 2010-05-27 Cornell University Carbon coated anode materials
WO2013029200A1 (zh) * 2011-08-29 2013-03-07 山西省电力公司 一种中空镍锌铁氧体微球的制备方法
CN103390479B (zh) * 2012-05-07 2016-09-28 杭州千石科技有限公司 一种高电磁屏蔽效能的无机复合微粉及其制备方法
CN108295832A (zh) * 2018-02-06 2018-07-20 淮北师范大学 一种多孔ZnO复合空心球催化剂及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014025236A1 (ko) * 2012-08-09 2014-02-13 한양대학교 산학협력단 금속 나노 입자-탄소 복합 구형체의 제조 방법, 이에 의하여 제조된 금속 나노 입자-탄소 복합 구형체 및 이를 포함하는 전기 화학 소자
CN105612635A (zh) * 2013-10-23 2016-05-25 百特吉公司 用于可充电锌电极的复合材料
CN105355864A (zh) * 2015-08-24 2016-02-24 昆明理工大学 一种碳包覆二氧化钛纳米管组成的纳米片的制备方法及应用
CN106876658A (zh) * 2017-03-28 2017-06-20 哈尔滨理工大学 一种空心镍棒/碳球阵列电极的制备方法
CN108097210A (zh) * 2017-12-19 2018-06-01 海宁瑞创新材料有限公司 一种纳米金属氧化物与多孔活性炭复合材料的制备方法
CN109873147A (zh) * 2019-03-04 2019-06-11 湘潭大学 一种碳修饰多孔ZnO纳米材料及其制备方法和用途

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ball-flower-like carbon microspheres via a threedimensional replication strategy as a high-capacity cathode in lithium–oxygen batteries;Xiao Liang等;《SCIENCE CHINA Materials》;20181109;第62卷(第5期);正文全文 *
纳米氧化锌对中间相炭微球粒径的影响;王富孟等;《炭素技术》;20181028;第37卷(第5期);正文全文 *

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