[发明专利]一种类藕片状尖晶石型ZnMn2

说明书

本发明公开了一种类藕片状尖晶石型ZnMn₂O₄粉体的制备方法。将二价锌盐和二价锰盐溶解于有机溶剂中，通过微波辐照使其快速达到反应温度，同时由于微波辐照和超声震荡使反应液均匀加热并且迅速成核，进而得到特定形貌的前驱产物，前驱产物通过煅烧即制得类藕片状尖晶石型ZnMn₂O₄粉体。独特的类藕片状结构ZnMn₂O₄具有良好的锂离子传输通道，充放电过程中不易出现积聚与坍塌现象，并且片状结构在前期电极材料制备过程中的混合、堆积和压片过程中可以保持结构不易破坏，较好保持了电池的循环稳定性。本发明方法操作简单，所需原料成本低廉，所制备的粉体为类藕片状结构并且分散均匀，颗粒大小可控。

技术领域

本发明属于微纳米材料制备技术领域，特别涉及一种类藕片状尖晶石型ZnMn₂O₄粉体的制备方法，所制得的ZnMn₂O₄粉体用于锂离子负极材料，也可用于光催化降解有机物染料。

背景技术

锂离子电极材料是目前各国研究者们研究的热点，过渡金属氧化物能够与锂发生可逆反应，近十年来被作为锂离子电池负极材料进行研究，其中锰基金属氧化物因具有较低的电势电位、丰富的自然资源、环境友好型等特点而备受研究人员的关注。然而，锰基金属氧化物在锂离子电池充放电过程中存在如下不足：体积变化大，容易粉化。上述原因导致了锰基金属氧化物作为负极材料下的电池循环性能较差。随后，研究者们发现在锰基体系的复合材料中，多元锰基金属氧化物的尖晶石结构ZnMn₂O₄具有比单元锰基金属氧化物更好的电池循环性能。

ZnMn₂O₄材料中的各元素在自然界中资源丰富，因此具有资源优势和成本优势，而且该材料还具有无毒、环境友好等特点。此外，尖晶石结构的ZnMn₂O₄具有比单元锰基金属氧化物更低的电势电位，作为电池的负极材料能够更容易进行锂离子的传输。再者，在尖晶石ZnMn₂O₄的结构中，Zn和 Mn因彼此间的电极电势不同，在电池的充放电循环过程中，能够相互协同作用，作为相互缓冲的基体，能极大限度的减少材料在体积的变化，稳固了材料的晶体结构，从而获得比单元锰基金属氧化物更好的循环性。研究结果表明，在锂离子充放电循环过程中， Zn能够与 Li发生合金反应，从而使该种材料具有很高的理论比容量（784 mAh/g）。高的理论比容量以及晶体结构稳定性使其有可能取代传统石墨负极材料，成为下一代锂离子电池发展的负极材料。

然而，与其它负极材料相类似，在电池充放电过程中，由于锂离子的嵌入和脱出，对负极材料的晶体结构产生较大的影响，普通形貌的尖晶石ZnMn₂O₄材料，尤其是团聚体在锂离子电池的充放电过程中容易出现积聚与坍塌现象，造成锂离子电池循环性能下降，制约了ZnMn₂O₄尖晶石负极材料在锂离子电池中的应用。近期的研究表明，球形结构、核壳结构、二维结构、纳米线等特殊形貌的ZnMn₂O₄作为负极材料具有更稳定的充放电循环性能。

发明内容

鉴于上述ZnMn₂O₄负极材料的技术缺陷，本发明的目的是提供一种低成本、高质量的类藕片状尖晶石型ZnMn₂O₄粉体的制备方法，该制备方法不仅能让ZnMn₂O₄粉体分散均匀，而且制备的ZnMn₂O₄粉体拥有独特的类藕片状结构，该粉体具有较大的比表面积及片状结构，在锂离子嵌入和脱出的过程中，能够稳定材料本身的结构，不易出现积聚与坍塌现象，并且片状结构在前期电极材料制备过程中的混合、堆积和压片过程中可以保持结构不易破坏，较好保证了电池材料的稳定性。