空心材料的制备方法及产品和应用技术

本发明专利技术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ZnMn

Preparation method, products and application of hollow materials

【技术实现步骤摘要】
空心材料的制备方法及产品和应用
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术目的在于提供一种空心材料的制备方法。本专利技术的再一目的在于：提供一种上述方法制备的空心材料产品。本专利技术的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。本专利技术目的通过下述方案实现：为了实现上述目的，本专利技术技术方案如下：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ZnxMnyCO3的制备，随后在650℃下煅烧2小时得到空心ZnMn2O4，中间产物ZnxMnyCO3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ZnxMnyCO3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。本专利技术中，中间产物ZnxMnyCO3也是空心结构，后续煅烧并未导致空心结构坍塌，且煅烧前后形貌未发生明显变化，空心环状ZnxMnyCO3煅烧后对应空心环状ZnMn2O3，空心球状ZnxMnyCO3煅烧后对应空心球状ZnMn2O4。本专利技术提供一种空心ZnMn2O4的制备方法，具体步骤为：a、取0.05mmol的氯化锌和0.1mmol的乙酸锰，将两种盐溶解在0.2ml的去离子水中，搅拌10分钟得到a溶液；b、将a溶液加入到50ml的一缩二乙二醇中，搅拌10分钟得到b溶液；c、将0.8g的碳酸氢铵加入到b溶液中，搅拌40分钟，超声机超声30分钟得到c浊液；d、将c浊液加入到50ml的水热反应釜，180℃下保温12小时；e、离心、去离子水多次清洗，烘干得到“空心ZnxMnyCO3”；f、将上述“空心ZnxMnyCO3”在650℃下煅烧2小时得到“空心ZnMn2O4”。本专利技术还提供了一种空心ZnMn2O4的制备方法，具体步骤为：a、取0.05mmol的硝酸锌和0.1mmol的硫酸锰，将两种盐溶解在0.2ml的去离子水中，搅拌10分钟得到a溶液；b、将a溶液加入到50ml的一缩二乙二醇中，搅拌10分钟得到b溶液；c、将0.8g的碳酸氢铵加入到b溶液中，搅拌40分钟，超声机超声30分钟得到c浊液；d、将c浊液加入到50ml的水热反应釜，180℃下保温12小时；e、离心、去离子水多次清洗，烘干得到“空心ZnxMnyCO3”；f、将上述“空心ZnxMnyCO3”在650℃下煅烧2小时得到“空心ZnMn2O4”。本专利技术也提供了另一种空心ZnMn2O4的制备方法，具体步骤为：a、取0.05mmol的硝酸锌和0.1mmol的硫酸锰，将两种盐溶解在0.2ml的去离子水中，搅拌10分钟得到a溶液；b、将a溶液加入到50ml的一缩二乙二醇中，搅拌10分钟得到b溶液；c、将0.8g的碳酸氢铵加入到b溶液中，搅拌40分钟，超声机超声30分钟得到c浊液；d、将c浊液加入到50ml的水热反应釜，180℃下保温12小时；e、离心、去离子水多次清洗，烘干得到“空心ZnxMnyCO3”；f、将上述“空心ZnxMnyCO3”在650℃下煅烧2小时得到“空心ZnMn2O4”。本专利技术提供一种空心ZnMn2O4，根据上述任一所述方法制备得到。本专利技术提供一种空心ZnMn2O4在锂离子电池中作为负极的应用。本专利技术产品“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660mAhg-1。附图说明图1为本专利技术实施例2合成的“空心ZnMn2O4”的SEM图；图2为本专利技术实施例2合成的“空心ZnMn2O4”的循环性能图；图3为本专利技术实施例3合成的“空心ZnMn2O4”的SEM图；图4为本专利技术实施例4合成的“空心ZnMn2O4”的SEM图。具体实施方式本专利技术下面通过具体实例进行详细的描述，但是本专利技术的保护范围不受限于这些实施例子。实施例1：一步水热法制备的空心ZnxMnyCO3，按下述步骤制备：a.取0.05mmol的氯化锌和0.1mmol的乙酸锰，将两种盐溶解在0.2ml的去离子水中，搅拌10分钟得到a溶液；b.将a溶液加入到50ml的一缩二乙二醇中，搅拌10分钟得到b溶液；c.将0.8g的碳酸氢铵加入到b溶液中，搅拌40分钟，超声机超声30分钟得到c浊液；d.将c浊液加入到50ml的水热反应釜，180℃下保温12小时；e.离心、去离子水多次清洗，烘干得到“空心ZnxMnyCO3”。实施例2一种空心ZnMn2O4，锌盐和锰盐搭配通过一步水热法实现中间产物空心ZnxMnyCO3，随后在650℃下煅烧2小时得到空心ZnMn2O4，按以下步骤制备：a取0.05mmol的氯化锌和0.1mmol的乙酸锰，将两种盐溶解在0.2ml的去离子水中，搅拌10分钟得到a溶液；b.将a溶液加入到50ml的一缩二乙二醇中，搅拌10分钟得到b溶液；c.将0.8g的碳酸氢铵加入到b溶液中，搅拌40分钟，超声机超声30分钟得到c浊液；d.将c浊液加入到50ml的水热反应釜，180℃下保温12小时；e.离心、去离子水多次清洗，烘干得到“空心ZnxMnyCO3”；f.将上述“空心ZnxMnyCO3”在650℃下煅烧2小时得到“空心ZnMn2O4”,“空心ZnMn2O4”的SEM图见图1；合成的“空心ZnMn本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空心材料的制备方法，所述的空心材料的分子式为ZnMn

【技术特征摘要】
1.一种空心材料的制备方法，所述的空心材料的分子式为ZnMn2O4，其特征在于，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ZnxMnyCO3的制备，随后在650℃下煅烧2小时得到空心ZnMn2O4，中间产物ZnxMnyCO3形貌与煅烧后所得到空心ZnMn2O4形貌相同。


2.根据权利要求1所述空心材料的制备方法，其特征在于：所述原料选择任意两种锌盐和锰盐中：锌盐为：氯化锌、乙酸锌、硝酸锌、硫酸锌中的一种，与其搭配的锰盐为：氯化锰、乙酸锰、硝酸锰、硫酸锰中的一种；不同锌盐和锰盐搭配制备出的中间产物ZnxMnyCO3和ZnMn2O4均是空心结构，但形貌不同，为：空心环状、空心球状、空心饼状或空心立方体状。


3.根据权利要求1或2所述空心材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：
a、取0.05mmol的氯化锌和0.1mmol的乙酸锰，将两种盐溶解在0.2ml的去离子水中，搅拌10分钟得到a溶液；
b、将a溶液加入到50ml的一缩二乙二醇中，搅拌10分钟得到b溶液；
c、将0.8g的碳酸氢铵加入到b溶液中，搅拌40分钟，超声30分钟得到c浊液；
d、将c浊液加入到50ml的水热反应釜，180℃下保温12小时；
e、离心、去离子水多次清洗，烘干得到空心ZnxMnyCO3；
f、将上述空心ZnxMnyCO3在650℃下煅烧2小时得到空心ZnMn2O4。


4.根据权利要求1或2所述空心ZnMn2O4的制备方法，其特征在于具体...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔大祥，赵立敏，张芳，解启飞，邓秉浩，王惠亚，
申请(专利权)人：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31