[發明專利]一種ZnMn2

在審

• 申請號: 202110782545.2
• 申請日: 2021-07-12
• 公開（公告）號: CN113373550A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 原長洲;徐森煬;侯林瑞;秦理
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: D01F9/08
• 分類號: D01F9/08;D04H1/728;D04H1/4282;D06C7/00;D01D5/00;H01M4/50;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 山東知圣律師事務所 37262
• 代理人: 黃學國

本發明涉及電池催化劑技術領域，具體涉及一種ZnMn₂O₄管中管納米纖維的制備方法，包括如下步驟：（1）將鋅鹽、錳鹽溶于乙醇或者DMF與乙醇的混合溶劑中，然后向得到的金屬鹽溶液中加入PVP，待完全溶解后，得到紡絲液。（2）將所述紡絲液利用單噴頭靜電紡絲的方法制成纖維膜。（3）將所述纖維膜烘干后加熱預處理，得到預處理纖維膜。（4）對所述預處理纖維膜進行退火處理，即得。本發明通過調控紡絲液中溶劑的揮發速率以及后續的熱處理過程，制備出了ZnMn₂O₄管中管納米纖維，其具有比表面積較大，而且管中管的結構可以有效緩解材料在充放電循環過程中的體積膨脹問題的優勢，進而提高了材料的儲鋰性能。

技術領域

本發明涉及電池負極材料技術領域，具體涉及一種ZnMn₂O₄管中管納米纖維的制備方法及其應用。

背景技術

公開該背景技術部分的信息旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

隨著人們對于鋰離子電池的要求不斷提高，開發一種具有高比容量的負極材料至關重要。在目前已報道的眾多負極材料中，過渡族金屬氧化物ZnMn₂O₄因其儲鋰容量較高，在地球上儲量豐富，環境友好，制備工藝簡單等特點受到了廣大科研工作者的密切關注。然而，盡管ZnMn₂O₄具有如此突出的優勢，但是它依然存在較大的體積膨脹率，低的離子/電子導電率以及較高的首圈不可逆容量損失等問題。這極大地制約了ZnMn₂O₄在鋰離子電池上的應用。通常來說，構建具有中空結構的納米材料是改善其結構穩定性的一大重要手段。

近年來，一維管中管納米纖維因其具有較大的比表面積以及較為穩定的微觀結構而受到廣大科研工作者的關注。現有的制備方法主要包括模板法和靜電紡絲法，其中，靜電紡絲是一種將聚合物溶液或熔體在強電場中進行噴射成絲的方法。目前，大多是利用同軸紡絲法來制備管中管納米纖維。但是，同軸紡絲存在參數較難調節，對設備要求較高且所形成的管中管纖維均一性較差等缺點。因此，探索一種利用單噴頭靜電紡絲法制備管中管納米纖維的簡便方法依然是一項具有挑戰性的工作。

發明內容

針對上述的問題，本發明提供一種ZnMn₂O₄管中管納米纖維的制備方法及其應用，本發明利用單噴頭靜電紡絲的方法，通過調控紡絲液中溶劑的揮發速率，在經過退火處理去除掉纖維中的聚合物后形成了ZnMn₂O₄管中管納米纖維。本發明制備的纖維所具有的管中管結構均一性高，纖維由大量3-5nm的ZnMn₂O₄納米顆粒組成，因此具有更加豐富的孔隙結構。此外，本發明所得管中管納米纖維不需要通過快速退火來實現，因此可以避免因快速升溫所導致的結構塌陷及纖維板結現象。本發明所用方法操作簡便，便于控制，所得材料比表面積較大，而且管中管的結構可以有效緩解材料在充放電循環過程中的體積膨脹問題，進而提高了材料的儲鋰性能。為實現上述目的，本發明公開如下的技術方案：

在本發明的第一方面，公開一種ZnMn₂O₄管中管納米纖維的制備方法，包括如下步驟：

(1)將鋅鹽、錳鹽溶于醇溶劑或者DMF與醇溶劑的混合溶劑中，所述醇溶劑包括甲醇、乙醇中的至少一種；然后向得到的金屬鹽溶液中加入PVP，待完全溶解后，得到紡絲液；

(2)將所述紡絲液利用單噴頭靜電紡絲的方法制成纖維膜。

(3)將所述纖維膜烘干后加熱預處理，得到預處理纖維膜。

(4)對所述預處理纖維膜進行退火處理，即得。