一种介孔微管状ZnMn2O4锂/钠离子电池负极材料及其制备方法技术

一种介孔微管状ZnMn2O4锂/钠离子电池负极材料，所述介孔微管状ZnMn2O4的孔径分布为2～50纳米、管径为5～25微米、内外径比小于1、长径比大于8。本发明专利技术通过采用天然棉花纤维作为模板，合成了微管状ZnMn2O4，且所制备的微管状ZnMn2O4还具有介孔特性，所得微管状ZnMn2O4具良好的储锂及储钠特性，作为锂/钠电池负极材料有着良好的电化学性能，具有简单高效、低成本等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种介孔微管状ZnMn2O4锂/钠离子电池负极材料及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池及钠离子电池
，具体是一种介孔微管状ZnMn2O4锂/钠离子电池负极材料及其制备方法。
技术介绍
锰酸锌(ZnMn2O4)由于它高的理论容量、低毒及低的成本，而成为能量转化及储存领域重要的电极材料。但是作为锂/钠电极的负极材料，ZnMn2O4电极材料由于在充放电过程中重复的离子嵌脱而造成它较大的体积变化，从而它的循环性能较差。为解决这一问题，各种不同的形貌的ZnMn2O4材料被制备。而在这些特殊形貌的ZnMn2O4材料中，一维微/纳管状结构的ZnMn2O4受到了特别的关注，因为这一结构结合了一维及空心两种特殊结构的优点，从而展现了良好的电化学性能。如Zhang等人利用碳纳米管制备了ZnMn2O4纳米管(LonghaiZhang,SiqiZhu,HuiCao,LinruiHou,ChangzhouYuan.HierarchicalporousZnMn2O4hollownanotubeswithenhancedlithiumstoragetowardlithium～ionbatteries[J].Chemistry～AEuropeanJournal,2015,21(30):10771～10777)；Kim等人采用模板在钛基底上合成了ZnMn2O4管状阵列(JongGukKim,SangHoLee,YoungminKim,WonBaeKim.Fabricationoffree～standingZnMn2O4mesoscaletubulararraysforlithium～ionanodeswithhighlyreversiblelithiumstorageproperties[J].ACSAppliedMaterials&Interfaces,2013,5(21):11321～11328)。尽管这些研究所得材料在锂/钠电池应用中都有良好的性能，但它们的合成方法太繁琐、复杂、需要高成本的模板等。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服已有技术的不足，提供一种工艺简单、操作容易、原料来源丰富、低成本及性能好的锂/钠电池负极材料用管状介孔ZnMn2O4的制备方法。本专利技术是这样实现的：一种介孔微管状ZnMn2O4锂/钠离子电池负极材料，所述介孔微管状ZnMn2O4的孔径分布为2～50纳米、管径为5～25微米、内外径比小于1、长径比大于8。上述一种介孔微管状ZnMn2O4锂/钠离子电池负极材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：（1）把棉花浸泡在醋酸锌与醋酸锰的混合水溶液中，待棉花完全浸透后将其取出进行干燥；（2）把干燥后的棉花在400～800℃温度中进行煅烧，即得到介孔微管状ZnMn2O4锂/钠离子电池负极材料。优选地，所述步骤（2）为：把1～20重量份棉花浸入80～99重量份的醋酸锌与醋酸锰混合水溶液中。优选地，步骤（1）所述干燥的温度小于80℃。优选地，步骤（2）所述煅烧的温度为400～490℃。优选地，步骤（1）所述煅烧的时间为1～6小时。优选地，步骤（2）所述的醋酸锌与醋酸锰混合水溶液是由1～20重量份二水醋酸锌（Zn(CH3COO)2•2H2O）与四水醋酸锰（Mn(CH3COO)2•4H2O）混合物与80～99份重量份的去离子水组成。优选地，步骤（2）所述二水醋酸锌（Zn(CH3COO)2•2H2O）与四水醋酸锰（Mn(CH3COO)2•4H2O）混合物是由43～50重量份的二水醋酸锌（Zn(CH3COO)2•2H2O）与50～57重量份四水醋酸锰（Mn(CH3COO)2•4H2O）组成。本专利技术的优点和积极效果：1、本专利技术通过采用天然棉花纤维作为模板，合成了微管状ZnMn2O4，且所制备的微管状ZnMn2O4还具有介孔特性，所得微管状ZnMn2O4具良好的储锂及储钠特性，作为锂/钠电池负极材料有着良好的电化学性能。2、本专利技术通过采用400～800℃温度煅烧，煅烧温和，煅烧质量均匀，产物质量好。3、本专利技术通过采用43～50重量份的二水醋酸锌与50～57重量份四水醋酸锰组成的浸泡混合水溶液，能提高介孔微管状ZnMn2O4锂/钠离子电池负极材料的质量。4、本专利技术的制备方法与现有的制备ZnMn2O4制备方法相比，具有简单高效、低成本等优点，具有较好推广应用价值。5、与文献SiqiZhu,QiuliChen,ChaoYang,YanruZhang,LinruiHou,GangPang,XiangmeiHe,XiaogangZhang,ChangzhouYuan.Biomorphictemplate-engagedstrategytowardsporouszincmanganatemicro-beltsasacompetitiveanodeforrechargeablelithium-ionbatteries[J].InternationalJournalofHydrogenEnergy,2017,42(20):14154-14165相比，本专利技术有以下优点：a.以上文献需要先对棉花在硝酸里进行处理，而本专利技术无需要这一步骤，具有方法简单的优点；b.文献所得的是带状形貌，与本专利技术的管状相比有明显的差异。管状形貌集合了一维材料与中空形貌的优点，因此有着优越的应用效果。这体现在两者的比表面积上:本专利技术所得的ZnMn2O4材料的比表面为~48.5m2g-1，而文献的带状ZnMn2O4的比表面积仅有33m2g-1。C.因为表面积等的差异造成两者电化学性能的差异。如本专利技术所得的ZnMn2O4微管在200mAg-1电流密度下首圈放电容量约为1134mAhg-1，而文献的带状ZnMn2O4的首圈比容量仅为1090mAhg-1。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。图1是采用本专利技术制备的管状ZnMn2O4的X射线衍射图。图2是采用本专利技术制备的ZnMn2O4的扫描电镜图，其中图2a为低倍率扫描电镜图，图2b是高倍率扫描电镜图。图3是采用本专利技术制备的管状介孔ZnMn2O4的氮气吸附～脱附曲线及孔径分布图（图中插入部分）。图4是采用本专利技术制备的管状介孔ZnMn2O4作为锂电池负极材料在200mAg～1电流密度下的充放电曲线。图5是采用本专利技术制备的管状介孔ZnMn2O4作为锂电池负极材料在200mAg～1电流密度下的循环测试曲线。图6是采用本专利技术制备的管状介孔ZnMn2O4作为钠电池负极材料在100mAg～1电流密度下的充放电曲线。具体实施方式下面通过实例进一步详细说明本专利技术，本实施例仅在说明本专利技术的具体方式之一，本领域的技术员在本专利技术技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本专利技术的保护范围内。实施例1：取0.22克Zn(CH3COO)2·2H2O和0.4克Mn(CH3COO)2·4H2O溶解于15克去离子水中，再将0.5克的棉花浸入上述溶液中。待棉花完全浸透后将其取出，在烘箱中60℃烘干。然后把吸附有硝酸钴的棉花在空气中700℃煅烧3小时。图1为最终产物的XRD图，从图中可以看出产物是ZnMn2O4（卡号为No.24～1133）。从产物的扫描电镜相片（图2）可以得知ZnMn2O4粉体的形貌为管状（管径8～15μm、长径比平均本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种介孔微管状ZnMn2O4锂/钠离子电池负极材料，其特征在于，所述介孔微管状ZnMn2O4的孔径分布为2～50纳米、管径为5～25微米、内外径比小于1、长径比大于8。

【技术特征摘要】
1.一种介孔微管状ZnMn2O4锂/钠离子电池负极材料，其特征在于，所述介孔微管状ZnMn2O4的孔径分布为2～50纳米、管径为5～25微米、内外径比小于1、长径比大于8。2.根据权利要求1所述的一种介孔微管状ZnMn2O4锂/钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：（1）把棉花浸泡在醋酸锌与醋酸锰的混合水溶液中，待棉花完全浸透后将其取出进行干燥；（2）把干燥后的棉花在400～800℃温度中进行煅烧，即得到介孔微管状ZnMn2O4锂/钠离子电池负极材料。3.根据权利要求2所述的一种介孔微管状ZnMn2O4锂/钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）为：把1～20重量份棉花浸入80～99重量份的醋酸锌与醋酸锰混合水溶液中。4.根据权利要求2所述的一种介孔微管状ZnMn2O4锂/钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述干燥的温度小于80℃。5.根据权利要求2所述的一种介孔微管状ZnMn2O4锂/钠离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述煅烧的温度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜东亮，罗庠卫，徐华蕊，朱归胜，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西,45