[發明專利]空心材料的制備方法及產品和應用

在審

• 申請號: 201911326859.0
• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN111082045A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 崔大祥;趙立敏;張芳;解啟飛;鄧秉浩;王惠亞
• 申請（專利權）人: 上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M10/0525
• 代理公司: 上海東亞專利商標代理有限公司 31208
• 代理人: 董梅

本發明提供一種空心材料的制備方法及其產品和應用，所述空心材料的分子式為ZnMn₂O₄，原料選擇任意兩種鋅鹽和錳鹽搭配，如：氯化鋅，氯化錳，乙酸鋅，乙酸錳，硝酸鋅，硝酸錳，硫酸鋅，硫酸錳等，通過一步水熱法可實現不同形貌空心Zn_xMn_yCO₃的制備，隨后在650℃下煅燒2小時得到空心ZnMn₂O₄。將上述“空心結構ZnMn₂O₄”用于鋰離子電池負極，表現出了良好的循環性能，在0.5C的電流下，經過200次循環比容量保持在660 mAh g^?1。

技術領域

本發明涉及一種空心材料的制備方法及其產品和應用。所述空心材料的分子式為ZnMn₂O₄，主要應用于鋰離子電池負極材料領域。

背景技術

空心納米材料具有比表面積大，密度小，內部中空等優點，因此在吸附、催化、超級電容器和鋰離子電池等領域應用廣泛。

鋰離子電池作為一種高效儲能器件，具有環境友好、循環壽命長、能量密度高等優點，在便攜式電子設備上的應用已經非常廣泛。ZnMn₂O₄作為一種尖晶石型金屬氧化物，具有比普通MnO₂等氧化物更高的理論比容量，且環境友好，地球上儲量豐富，電壓平臺低。相比于鈷基金屬氧化物，ZnMn₂O₄這種材料只含鋅和錳兩種元素，更加環保，在鋰離子電池負極材料的研究中備受關注。

然而，ZnMn₂O₄應用在鋰離子電池負極上仍存在比容量較低，倍率性能和循環穩定性較差等問題，這是由于離子晶體固有的導電性差和在連續鋰化/脫鋰過程中的大的體積變化導致的。研究發現，空心材料可以有效應對材料在電化學反應中由于脫嵌鋰離子帶來的體積變化。ZnMn₂O₄產生體積膨脹時，實心結構的不同顆粒會相互擠壓導致活性材料從集流體上脫落，空心結構則可以將體積變化聚集在空心處，有效釋放應力，緩解體積膨脹帶來的活性物質脫落等問題，延長電池整體的循環壽命。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明目的在于提供一種空心材料的制備方法。

本發明的再一目的在于：提供一種上述方法制備的空心材料產品。

本發明的又一目的在于：提供一種上述產品的應用。

本發明目的通過下述方案實現：

為了實現上述目的，本發明技術方案如下：一種空心材料的制備方法，所述的空心材料的分子式為ZnMn₂O₄，原料選擇任意兩種鋅鹽和錳鹽搭配，通過一步水熱法實現中間產物不同形貌空心Zn_xMn_yCO₃的制備，隨后在650℃下煅燒2小時得到空心ZnMn₂O₄，中間產物Zn_xMn_yCO₃形貌與煅燒后所得到空心ZnMn₂O₄形貌相同。

原料選擇任意兩種鋅鹽和錳鹽搭配：氯化鋅，氯化錳，乙酸鋅，乙酸錳，硝酸鋅，硝酸錳，硫酸鋅，硫酸錳。

不同鋅鹽和錳鹽制備出的Zn_xMn_yCO₃和ZnMn₂O₄形貌不同，但均是空心結構，是空心環狀，空心球狀，空心餅狀和空心立方體狀。