(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211271140.3 (22)申请日 2022.10.18 (71)申请人 太原工业学院 地址 030008 山西省太原市迎新 街北一巷2 号 (72)发明人 贾帅　翟燕　李振中　闫蕊　 吕妍妍　 (74)专利代理 机构 太原科卫专利事务所(普通 合伙) 1410 0 专利代理师 李晓娟 (51)Int.Cl. H01G 11/30(2013.01) H01G 11/24(2013.01) H01G 11/86(2013.01) B82Y 30/00(2011.01)B82Y 40/00(2011.01) (54)发明名称 一种非晶相分级中空微球纳米材料及其制 备方法与应用 (57)摘要 本发明属于新能源能量存储与转化领域， 具 体是涉及电极材料领域， 特别涉及一种非晶相分 级中空微球纳米材料及其制备方法与应用， 所述 非晶相分级中空微球纳米材料的壳层由非晶相 纳米片构建而成， 内部为空心结构， 并且非晶相 纳米片包含过渡金属阳离子和阴离子。 本发明采 用室温阴离子交换反应制备的非晶相分级中空 微球材料不仅保持了中空微球的结构优势， 有利 于促进电解液离子的扩散和转移， 而且转变的非 晶相能够进一步提高材料的比表面积和电化学 活性面积， 暴露出更多的电化学活性位点， 提高 活性位点与电解液离子 之间的可及度， 丰富电化 学反应。 本发明作为超级电容器正极材料， 在电 化学性能测试过程中显示出优异的比容量、 倍率 性能和循环稳定性。 权利要求书1页 说明书6页 附图3页 CN 115410833 A 2022.11.29 CN 115410833 A 1.一种非晶相分级中空微球纳米材 料的制备 方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： ①将至少两种过渡金属盐溶解于混合醇溶剂中， 搅拌一段时间使其充分溶解， 混合溶 液恒温溶剂热反应一段时间， 产 物经离心分离、 无水乙醇洗涤和真空干燥， 得到过渡金属醇 盐微球前驱体； ②将得到的过渡金属醇盐微球分散于去离子水中， 超声处理， 恒温水解反应一段时间， 产物经离心分离、 去离子水洗涤和真空干燥处理， 得到过渡金属氢氧化物分级中空微球材 料； ③将制备的过渡金属氢氧化物分级中空微球分散到阴离子交换溶液中， 超声处理， 室 温搅拌反应一段时间， 产 物经离心分离、 去离子水洗涤和真空干燥处理， 得到非晶相过渡金 属分级中空微球材 料。 2.根据权利要求1所述的一种非晶相分级中空微球纳米材料的制备方法， 其特征在于， 所述恒温溶剂热反应温度为15 0~180 ℃， 反应时间为1~8h。 3.根据权利要求1所述的一种非晶相分级中空微球纳米材料的制备方法， 其特征在于， 所述恒温水解反应温度为6 0~160 ℃， 反应时间为0.5~8h。 4.根据权利要求1所述的一种非晶相分级中空微球纳米材料的制备方法， 其特征在于， 所述阴离 子交换溶液为次亚磷酸钠水 溶液、 磷酸钠水 溶液或硫化钠水 溶液。 5.根据权利要求1所述的一种非晶相分级中空微球纳米材料的制备方法， 其特征在于， 所述过渡金属盐为硝酸镍、 硝酸钴、 硝酸锰、 硝酸铁、 硝酸铜或乙酰丙酮钼。 6.根据权利要求1所述的一种非晶相分级中空微球纳米材料的制备方法， 其特征在于， 所述混合醇溶剂是由多元醇和一元醇组成的， 所述多元醇与一元醇的体积比为1:4~1:10。 7.根据权利要求6所述的一种非晶相分级中空微球纳米材料的制备方法， 其特征在于， 所述多元醇为线性结构二元醇、 非线性结构二元醇、 丙三醇、 三羟甲基丙烷中的一种或多 种； 所述一元醇为甲醇、 乙醇、 异丙醇中的一种或多种。 8.权利要求1至7任一权利要求所述的制备 方法得到的非晶相分级中空微球纳米材 料。 9.如权利要求8所述的非晶相分级中空微球纳米材料， 其特征在于， 所述非晶相分级中 空微球纳米材料 的壳层由非晶相纳米片构建而成， 内部为空心结构， 并且非晶相纳米片包 含过渡金属阳离 子和阴离 子。 10.权利要求1至7任一权利要求所述的制备方法得到的非晶相分级中空微球纳米材料 作为超级电容器电极材 料的应用。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115410833 A 2一种非晶相分级中空微球纳米材料及其制备方 法与应用 技术领域 [0001]本发明属于新能源能量存储与转化领域， 具体是涉及电极材料领域， 特别涉及一 种非晶相分级中空微球纳米材 料及其制备 方法与应用。 背景技术 [0002]典型层状结构的过渡金属氢氧化物以其丰富的法拉第氧化还原反应、 多重离子价 态、 可调组分和高理论容量等优势广泛应用于超级电容器中， 特别是双金属氢氧化物， 例如 镍钴氢氧化物、 镍锰氢氧化物、 镍铁氢氧化物 等。 然而， 过渡 金属氢氧化物本身 具有缺陷， 即 较低的电导率和易团聚， 导致其呈现滞后的电子/离子转移速率和有限的活性位点， 使其 实 际的容量远低于理论值。 为解决过渡金属氢氧化物存在的缺陷， 可以从其结构设计和组分 调控两个方入手。 其中， 将中空结构与非晶相相结合能够充分利用二者的优势， 不仅可以有 效地促进电解液离子扩散和 转移， 而且还能够暴露更多的电化学活性位点， 提高电化学活 性位点与电解液离子之间的可及度， 丰富电化学反应进 行。 此外， 过渡金属氢氧化物组分之 间的调节则可以优化其电子结构， 加速电化学反应过程中电子的转移， 降低材料 阻抗。 然 而， 研究人员发现， 目前制备 的电极材料很少将 中空结构、 非晶相和组分调节三者结合， 并 且制备的过渡氢 氧化物材 料仍然存在工艺复杂、 低比容 量且循环稳定性差等问题。 发明内容 [0003]为了解决现有技术存在的缺陷和过渡金属氢氧化物 自身易团聚、 低电导率、 活性 位点少等问题， 本发明的目的是提供一种非晶相分级中空微球纳米材料及其制备方法与应 用。 本发明因其 典型的结构优势和多 元组成特点， 使其具有较高的电化学活性面积、 较高的 比容量、 优异的倍 率性能和良好的结构稳定性。 [0004]为实现上述目的， 本发明采用的具体技术方案如下： 一种 非晶相分级中空微球纳 米材料的制备 方法， 包括如下步骤： ①将至少两种过渡金属 盐溶解于混合醇溶剂中， 搅拌一段时间使其充分溶解， 混 合溶液恒温溶剂热反应一段时间， 产 物经离心分离、 无水乙醇洗涤和真空干燥， 得到过渡金 属醇盐微球前驱体； ②将得到的过渡金属 醇盐微球分散于去离子水中， 超声处理， 恒温水解反应一段 时间， 产物经离心分离、 去离子水洗涤和真空干燥处理， 得到过渡金属氢氧化物分级中空微 球材料； ③将制备的过渡金属氢氧化物分级中空微球分散到阴离子交换溶液中， 超声处 理， 室温搅拌反应一段时间， 产物经离心分离、 去离子水洗涤和真空干燥处理， 得到非晶相 过渡金属分级中空微球材 料。 [0005]作为本发明技术方案的进一步改进， 所述恒温溶剂热反应温度为150~180 ℃， 反 应时间为1~8h。 [0006]作为本发明技术方案的进一步改进， 所述恒温水解反应温度为60~160 ℃， 反应时说　明　书 1/6 页 3 CN 115410833 A 3