[發明專利]一種空心球狀復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910577280.5
• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN110323427B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 田忠良;賴延清;羅飛林;李松賢;龔培育
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/62;H01M4/48;H01M10/24
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 蔣太煒

1.一種空心球狀復合材料，其特征在于：所述復合材料中含有直徑為1~5μm的空心球狀顆粒；直徑為1~5μm空心球狀顆粒由20~50nm的短棒狀納米顆粒所構成；所述復合材料中，氧化鋅質量百分含量為85%~94%，金屬M1的氧化物質量百分含量為5%~10%，金屬M2的氧化物質量百分含量為1%~5%；

所述金屬M1選自Sn、Bi、In中的至少一種，金屬M2為 Al。

2.一種制備如權利要求1所述空心球狀復合材料的方法，其特征在于；包括以下步驟：

步驟一

按照設定比例將鋅的可溶性化合物和金屬M1、M2的可溶性化合物溶于溶劑中，得到溶液A，同時將一定量的試劑B、聚乙烯吡咯烷酮PVP、三乙胺TEA溶于等量的相同溶劑中，得到溶液B1；

所述溶劑選自N,N-二甲基甲酰胺DMF、N,N-二乙基甲酰胺DEF、乙醇中的至少一種，試劑B為苯三甲酸、2,5-二羥基對苯二甲酸中的至少一種；

步驟二

將步驟一中所得溶液B1倒入溶液A中，所得混合溶液于20~50℃下超聲5~30min；再將混合溶液置于密閉容器中，80~180℃反應5~12h；待冷卻至室溫，將反應液離心，得到固體產物；固體用無水乙醇洗滌2~3次、干燥得到前驅體材料，將前驅體置于馬弗爐中500~800℃煅燒2~8h，得到所述空心球狀復合材料。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于：所述超聲頻率為25~40kHz，煅燒氣氛為含氧氣氛。

4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于：反應溫度為100~130℃，反應時間為6~10h；煅燒溫度為600~700℃，時間為4~6h。

5.根據權利要求2所述的方法，其特征在于：所述步驟一中鋅的可溶性化合物為醋酸鋅、氯化鋅、草酸鋅、硫酸鋅、硝酸鋅中的至少一種；所述金屬M1、M2的可溶性化合物為金屬M1、M2的硝酸鹽、草酸鹽、醋酸鹽、氯化物、硫酸鹽中的至少一種。

6.根據權利要求2所述的方法，其特征在于：所述步驟一中鋅的可溶性化合物、金屬M1、M2的化合物和試劑B按照金屬離子總摩爾數與試劑B的摩爾數之比為1~5:1的比例添加，金屬離子總濃度為10~50mmol/L。

7.根據權利要求2所述的方法，其特征在于：所述步驟一中PVP與試劑B的質量比為1~5:1；TEA按其占溶液總體積分數0.01%~0.05%的比例添加。

8.一種如權利要求1所述空心球狀復合材料的應用，其特征在于：所述應用包括將所述空心球狀復合材料用作堿性鋅二次電池負極材料。

9.根據權利要求8所述的一種空心球狀復合材料的應用，其特征在于：所述空心球狀復合材料用作堿性鋅二次電池負極材料時，1C狀態下，循環100-180圈比容量保持在600mAhg^-1以上，平均的庫倫效率保持在91%以上。

10.根據權利要求8所述的一種空心球狀復合材料的應用，其特征在于：所述空心球狀復合材料用作堿性鋅二次電池負極材料時，1C狀態下，循環180圈比容量保持在620mAh g^-1以上，平均的庫倫效率保持在94%以上。