[发明专利]一种ZnMn2

说明书

本发明涉及电池催化剂技术领域，具体涉及一种ZnMn₂O₄管中管纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：（1）将锌盐、锰盐溶于乙醇或者DMF与乙醇的混合溶剂中，然后向得到的金属盐溶液中加入PVP，待完全溶解后，得到纺丝液。（2）将所述纺丝液利用单喷头静电纺丝的方法制成纤维膜。（3）将所述纤维膜烘干后加热预处理，得到预处理纤维膜。（4）对所述预处理纤维膜进行退火处理，即得。本发明通过调控纺丝液中溶剂的挥发速率以及后续的热处理过程，制备出了ZnMn₂O₄管中管纳米纤维，其具有比表面积较大，而且管中管的结构可以有效缓解材料在充放电循环过程中的体积膨胀问题的优势，进而提高了材料的储锂性能。

技术领域

本发明涉及电池负极材料技术领域，具体涉及一种ZnMn₂O₄管中管纳米纤维的制备方法及其应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着人们对于锂离子电池的要求不断提高，开发一种具有高比容量的负极材料至关重要。在目前已报道的众多负极材料中，过渡族金属氧化物ZnMn₂O₄因其储锂容量较高，在地球上储量丰富，环境友好，制备工艺简单等特点受到了广大科研工作者的密切关注。然而，尽管ZnMn₂O₄具有如此突出的优势，但是它依然存在较大的体积膨胀率，低的离子/电子导电率以及较高的首圈不可逆容量损失等问题。这极大地制约了ZnMn₂O₄在锂离子电池上的应用。通常来说，构建具有中空结构的纳米材料是改善其结构稳定性的一大重要手段。

近年来，一维管中管纳米纤维因其具有较大的比表面积以及较为稳定的微观结构而受到广大科研工作者的关注。现有的制备方法主要包括模板法和静电纺丝法，其中，静电纺丝是一种将聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射成丝的方法。目前，大多是利用同轴纺丝法来制备管中管纳米纤维。但是，同轴纺丝存在参数较难调节，对设备要求较高且所形成的管中管纤维均一性较差等缺点。因此，探索一种利用单喷头静电纺丝法制备管中管纳米纤维的简便方法依然是一项具有挑战性的工作。

发明内容

针对上述的问题，本发明提供一种ZnMn₂O₄管中管纳米纤维的制备方法及其应用，本发明利用单喷头静电纺丝的方法，通过调控纺丝液中溶剂的挥发速率，在经过退火处理去除掉纤维中的聚合物后形成了ZnMn₂O₄管中管纳米纤维。本发明制备的纤维所具有的管中管结构均一性高，纤维由大量3-5nm的ZnMn₂O₄纳米颗粒组成，因此具有更加丰富的孔隙结构。此外，本发明所得管中管纳米纤维不需要通过快速退火来实现，因此可以避免因快速升温所导致的结构塌陷及纤维板结现象。本发明所用方法操作简便，便于控制，所得材料比表面积较大，而且管中管的结构可以有效缓解材料在充放电循环过程中的体积膨胀问题，进而提高了材料的储锂性能。为实现上述目的，本发明公开如下的技术方案：

在本发明的第一方面，公开一种ZnMn₂O₄管中管纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：

(1)将锌盐、锰盐溶于醇溶剂或者DMF与醇溶剂的混合溶剂中，所述醇溶剂包括甲醇、乙醇中的至少一种；然后向得到的金属盐溶液中加入PVP，待完全溶解后，得到纺丝液；

(2)将所述纺丝液利用单喷头静电纺丝的方法制成纤维膜。

(3)将所述纤维膜烘干后加热预处理，得到预处理纤维膜。

(4)对所述预处理纤维膜进行退火处理，即得。