[发明专利]一种ZnMn2

说明书

本发明公开一种ZnMn₂O₄中空褶皱微球及其制备方法与应用。该微球由成分均为ZnMn₂O₄的单壳层中空微球和双壳层中空微球混合形成，且所述微球的表面呈褶皱状；所述壳层是由纳米颗粒堆积而成的介孔壳层。所述方法包括：（1）将含有柠檬酸、Zn²⁺、Mn²⁺的水溶液进行喷雾干燥处理，干燥后得到前驱体粉末；（2）对所述前驱体粉末进行退火处理，即得。本发明利用喷雾干燥法和退火工艺制备出了单、双壳层混合的ZnMn₂O₄空心褶皱微球，这种结构的ZnMn₂O₄微球不仅增加了电解液与活性物质间的有效接触面积，缩短了Li⁺扩散路径，增加了电化学反应活性位点，而且显著简化了中空ZnMn₂O₄微球的制备方法。

技术领域

本发明涉及电池电极材料技术领域，具体涉及一种ZnMn₂O₄中空褶皱微球及其制备方法与应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息旨在增加对本发明总体背景的理解，而不必然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。

伴随的化石燃料的不可逆消耗和对环境的严重污染，绿色新能源的开发和应用成为人们的研究热点。在各类储能设备中，以锂离子电池为代表的电化学储能器件因便于携带可持续、不受环境因素影响等优点被广泛应用于日常生活之中。ZnMn₂O₄具有较高的比容量，同时，由于其在地球上储量丰富，环境友好，制备过程简单而且价格较低，使得其成为极具潜力的锂离子电池负极材料。

尽管ZnMn₂O₄优点众多，但因锂离子脱嵌过程中体积变化较大，易引起电极粉化，使活性物质从集流体上脱落，进而导致电池失效的问题，这极大地制约了ZnMn₂O₄在锂离子电池上的应用。另外，ZnMn₂O₄作为一种过渡金属氧化物，其低的电导率以及首次不可逆容量较高问题依然不可避免。因此，通过优化ZnMn₂O₄的制备方法，合理设计微观结构，从而改善ZnMn₂O₄的固有缺陷是一项非常有意义的工作。研究表明，中空结构可以有效缓解电极材料在充放电过程引起的应力集中问题。然而，目前大部分的ZnMn₂O₄中空结构制备过程存在工艺复杂，产量低以及采用的模板不易去除等方面的不足。

发明内容

针对上述的难问题，本发明提供一种ZnMn₂O₄中空褶皱微球及其制备方法与应用，本发明利用喷雾干燥法和退火工艺制备出了单、双壳层混合的ZnMn₂O₄空心褶皱微球，这种结构的ZnMn₂O₄微球不仅增加了电解液与活性物质间的有效接触面积，缩短了Li⁺扩散路径，增加了电化学反应活性位点，而且显著简化了中空ZnMn₂O₄微球的制备方法，易于中空ZnMn₂O₄微球的大规模制备。为实现上述目的，本发明公开如下技术方案。

在本发明的第一方面，公开一种ZnMn₂O₄中空褶皱微球，该微球由成分均为ZnMn₂O₄的单壳层中空微球和双壳层中空微球混合形成，且所述微球的表面呈褶皱状；所述壳层是由纳米颗粒堆积而成的介孔壳层。

进一步地，所述介孔的孔径分布主要在3~30nm之间，丰富的孔道结构可以显著提高电极材料电活性位点，并提高离子传输速率。