[发明专利]空心材料的制备方法及产品和应用

说明书

本发明提供一种空心材料的制备方法及其产品和应用，所述空心材料的分子式为ZnMn₂O₄，原料选择任意两种锌盐和锰盐搭配，如：氯化锌，氯化锰，乙酸锌，乙酸锰，硝酸锌，硝酸锰，硫酸锌，硫酸锰等，通过一步水热法可实现不同形貌空心Zn_xMn_yCO₃的制备，随后在650℃下煅烧2小时得到空心ZnMn₂O₄。将上述“空心结构ZnMn₂O₄”用于锂离子电池负极，表现出了良好的循环性能，在0.5C的电流下，经过200次循环比容量保持在660 mAh g^‑1。

技术领域

本发明涉及一种空心材料的制备方法及其产品和应用。所述空心材料的分子式为ZnMn₂O₄，主要应用于锂离子电池负极材料领域。

背景技术

空心纳米材料具有比表面积大，密度小，内部中空等优点，因此在吸附、催化、超级电容器和锂离子电池等领域应用广泛。

锂离子电池作为一种高效储能器件，具有环境友好、循环寿命长、能量密度高等优点，在便携式电子设备上的应用已经非常广泛。ZnMn₂O₄作为一种尖晶石型金属氧化物，具有比普通MnO₂等氧化物更高的理论比容量，且环境友好，地球上储量丰富，电压平台低。相比于钴基金属氧化物，ZnMn₂O₄这种材料只含锌和锰两种元素，更加环保，在锂离子电池负极材料的研究中备受关注。

然而，ZnMn₂O₄应用在锂离子电池负极上仍存在比容量较低，倍率性能和循环稳定性较差等问题，这是由于离子晶体固有的导电性差和在连续锂化/脱锂过程中的大的体积变化导致的。研究发现，空心材料可以有效应对材料在电化学反应中由于脱嵌锂离子带来的体积变化。ZnMn₂O₄产生体积膨胀时，实心结构的不同颗粒会相互挤压导致活性材料从集流体上脱落，空心结构则可以将体积变化聚集在空心处，有效释放应力，缓解体积膨胀带来的活性物质脱落等问题，延长电池整体的循环寿命。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种空心材料的制备方法。

本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备的空心材料产品。

本发明的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。

本发明目的通过下述方案实现：

为了实现上述目的，本发明技术方案如下：一种空心材料的制备方法，所述的空心材料的分子式为ZnMn₂O₄，原料选择任意两种锌盐和锰盐搭配，通过一步水热法实现中间产物不同形貌空心Zn_xMn_yCO₃的制备，随后在650℃下煅烧2小时得到空心ZnMn₂O₄，中间产物Zn_xMn_yCO₃形貌与煅烧后所得到空心ZnMn₂O₄形貌相同。

原料选择任意两种锌盐和锰盐搭配：氯化锌，氯化锰，乙酸锌，乙酸锰，硝酸锌，硝酸锰，硫酸锌，硫酸锰。

不同锌盐和锰盐制备出的Zn_xMn_yCO₃和ZnMn₂O₄形貌不同，但均是空心结构，是空心环状，空心球状，空心饼状和空心立方体状。